ITMI20091341A1 - Impianto per la dissociazione molecolare di rifiuti - Google Patents

Description

"Impianto per la dissociazione molecolare di rifiuti"

La presente invenzione si riferisce ad un impianto per la dissociazione molecolare di rifiuti o dissociatore molecolare .

Come à ̈ noto, il dissociatore molecolare à ̈ un impianto utilizzato per lo smaltimento dei rifiuti. Il trattamento in esso eseguito à ̈ di tipo termo-chimico e permette di scomporre le sostanze organiche trasformandole in forma gassosa. Si ha una disgregazione dei rifiuti solidi e la produzione di gas di sintesi (noto come "syngas") che può essere usato come un normale combustibile gassoso.

Il brevetto per modello di utilità Italiano n.0000251875 descrive un termo-distruttore per materiali combustibili di scarto per l'alimentazione termica di caldaie o simili, il quale comprende una camera di gassificazione provvista di un'apertura di alimentazione del materiale da termo-distruggere ed una camera di ossidazione comunicante da una parte con la camera di gassificazione e dalla parte opposta con la caldaia da alimentare termicamente. Il materiale da bruciare viene alimentato, per mezzo di una coclea che fa capo ad una tramoggia, attraverso l'apertura di alimentazione. Nella camera di gassificazione, il materiale viene deposto su un griglie fisse e mobili al di sotto delle quali à ̈ delimitato un vano collegato ad un elettroventilatore per la mandata forzata di aria comburente controllata. Un secondo elettroventilatore alimenta forzatamente, attraverso una moto-serranda di parzializzazione e fori ricavati nelle pareti laterali, aria nella camera di gassificazione e nella camera di ossidazione. La mandata forzata di aria attraverso le griglie alimenta continuamente la combustione ed assicura la gassificazione. I gas prodotti dalla combustione vengono ossidati nella camera di ossidazione perdendo il loro tenore tossico-nocivo. La Richiedente ha notato che gli impianti di tipo noto come quello sopra descritto sono migliorabili sotto diversi aspetti, principalmente in relazione al controllo delle proprietà (in particolare il potere calorifico) del gas di sintesi prodotto con la combustione .

In particolare, la Richiedente ha percepito la necessità di poter regolare quantità, purezza e temperatura del gas di sintesi prodotto, in modo da poterlo utilizzare con la massima efficienza in utilizzatori diversi (ad esempio, caldaie, motori a scoppio, turbine a gas, ecc.) e non solo in caldaia, come descritto nel citato modello di utilità Italiano n.0000251875.

In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione à ̈ proporre un impianto per la dissociazione molecolare di rifiuti, che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.

In particolare, à ̈ scopo della presente invenzione mettere a disposizione un impianto per la dissociazione molecolare di rifiuti che sia capace di gestire la produzione di gas di sintesi, a partire da sostanze organiche di qualsiasi natura (materiali di scarto solidi, liquidi, in polvere, rifiuti civili ed industriali, CDR o combustibile derivato dai rifiuti, biomasse o composti di origine organica e vegetale quali farine, fanghi, segatura, trucioli ecc.), mediante combustione parziale con apporto di aria avente portata, temperatura, umidità e tenore di ossigeno controllati. E' inoltre scopo della presente invenzione proporre un impianto per la dissociazione molecolare di rifiuti che sia in grado di raggiungere altissime temperature (fino a 1600°) agendo sulla ripartizione dell'aria in una singola camera e sulle condizioni fluidodinamiche della stessa.

E' anche scopo della presente invenzione proporre un impianto per la dissociazione molecolare di rifiuti che permetta, all'avvio dell'impianto, l'innesco della combustione senza ricorrere a combustibili ausiliari e per qualsiasi tipo di materiale trattato tramite la regolazione della temperatura dell'aria comburente nella zona di gassificazione.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un impianto per la dissociazione molecolare di rifiuti comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di attuazione preferita ma non esclusiva di un impianto per la dissociazione molecolare di rifiuti, come illustrata negli uniti disegni in cui:

la figura 1 Ã ̈ una vista schematica in alzato laterale e parzialmente in sezione di un impianto per la dissociazione molecolare di rifiuti in accordo con la presente invenzione; e

la figura 2 mostra una vista dall'alto dell'impianto di figura 1.

Con riferimento alle figure allegate, con il numero di riferimento 1 Ã ̈ indicato nel complesso un impianto per la dissociazione molecolare di rifiuti e la produzione di gas di sintesi (syngas), realizzato in accordo con la presente invenzione.

Nella presente descrizione e nelle allegate rivendicazioni, con il termine "rifiuti" si intende sostanze organiche di qualsiasi natura e provenienza, quali: materiali combustibili solidi, liquidi, in polvere, rifiuti civili ed industriali, CDR (combustibile derivato dai rifiuti), biomasse o composti di origine organica e vegetale quali farine, fanghi, segatura, trucioli ecc..

1/ impianto 1 comprende un corpo di contenimento 2 metallico preferibilmente a forma di parallelepipedo. Nella forma realizzativa esemplificativa illustrata nelle allegate figure, il corpo di contenimento 2 comprende un basamento 3 poggiante al suolo, una prima parete verticale 4 nella guale à ̈ ricavata una prima apertura 5 per l'alimentazione dei rifiuti da bruciare, una seconda parete verticale 6 affacciata ed opposta alla prima 5 nella quale à ̈ ricavata una seconda apertura 7 per la fuoriuscita dei gas di sintesi prodotti dalla combustione, due pareti laterali verticali 8 ed una parete orizzontale superiore 9. La parete superiore 9 à ̈ preferibilmente dotata di un coperchio apribile per consentire le ispezioni e la manutenzione.

Il corpo di contenimento 2 à ̈ costruito in lamiera nervata rivestita internamente da pannelli isolanti in fibra minerale contenente un involucro interno in materiale refrattario speciale, non illustrato, resistente ad alte temperature ed agli agenti ossidanti. Lo strato interno isolante di materiale refrattario presenta preferibilmente uno spessore compreso tra circa 150mm e circa 300mm. Il materiale refrattario à ̈ preferibilmente a matrice tixotropica, con un tenore di allumina non inferiore all'80%, legato con resina e realizzato in maniera da garantire alta resistenza alla corrosione e sufficiente inerzia termica per l'esercizio dell'impianto 1 a temperature fino a 1600°C.

Il corpo di contenimento 2 delimita al suo interno una camera di conversione 10.

Nella camera di conversione 10 ed in prossimità del basamento 3, sono installati piani forati 11, o griglie. Piani forati 11 mossi da opportuni attuatori con un moto alternativo orizzontale sono alternati a piani forati 11 fissi. I piani forati 11 sono disposti a scalare dalla prima parete 4 verso la seconda 6 e parzialmente sovrapposti. La prima apertura 5 si apre appena al di sopra del piano forato 11 addossato alla prima parete 4. Al di sotto dei piani forati 11 à ̈ delimitato un vano 12 diviso da setti verticali 13.

Nella prima parete 4 si aprono inoltre bocche 14 di un primo condotto 15 per l'alimentazione forzata di aria primaria, le quali bocche 14 si affacciano nel vano 12 attraverso intercapedini ricavate nelle pareti del corpo di contenimento 2. Il primo condotto 15 presenta un'estremità collegata alla prima parete 4 ed un'estremità opposta collegata ad un primo elettroventilatore 16.

Nel primo condotto 15 Ã ̈ installata una moto-serranda primaria 17 e a valle di questa, rispetto alla direzione del flusso di aria primaria, un misuratore di portata d'aria 18.

Nel primo condotto 15 sono disposti inoltre primi mezzi di riscaldamento 19, definiti preferibilmente da una resistenza elettrica, ed un primo ed un secondo ugello 20, 21 per l'immissione rispettivamente di ossigeno puro e di acqua.

Il primo ugello 20 Ã ̈ parte di un circuito dell'ossigeno che comprende una sorgente di ossigeno puro 22, definita da una bombola, e da una prima canalizzazione 23 che collega la bombola 22 al primo ugello 20. Il circuito dell'ossigeno comprende inoltre una prima valvola regolatrice 24 ed un primo misuratore di portata 25 disposti sulla prima canalizzazione 23 ed atti ad intercettare l'ossigeno lungo il proprio tragitto.

Il secondo ugello 21 Ã ̈ parte di un circuito dell'acqua che comprende una sorgente di acqua 26, definita ad esempio dalla rete idrica, e da una seconda canalizzazione 27 che collega la rete idrica 26 al secondo ugello 21. Il circuito dell'acqua comprende inoltre una seconda valvola regolatrice 28 ed un secondo misuratore di portata 29 disposti sulla seconda canalizzazione 27 ed atti ad intercettare l'acqua lungo il proprio tragitto.

Nella prima parete 4 e nelle pareti laterali 8 si aprono inoltre bocche 30 di un secondo condotto 31 per l'alimentazione forzata di aria secondaria, le quali bocche 30 si affacciano al di sopra dei piani forati 11 e della prima apertura 5 attraverso intercapedini ricavate nelle pareti del corpo di contenimento 2.

11 secondo condotto 31 presenta un'estremità collegata alla prima parete 4 ed un'estremità opposta collegata ad un secondo elettroventilatore 32.

Nel secondo condotto 31 Ã ̈ installata una moto-serranda secondaria 33 che serve a parzializzare il flusso di aria secondaria all'interno della camera 10.

Nel secondo condotto 31 sono disposti inoltre secondi mezzi di riscaldamento 34, definiti preferibilmente da una resistenza elettrica.

La camera 10, benché definita da un volume unico, risulta funzionalmente divisa in una zona di gassificazione, localizzata in corrispondenza del vano 12 dove viene immessa l'aria primaria e dei piani forati 11, ed in una zona di turbolenza, localizzata al di sopra dei piani forati 11 dove viene immessa l'aria secondaria.

Nel basamento 3, presso la seconda apertura 7 e ai piedi del piano forato 11 più basso, sono posizionati mezzi trasportatori di evacuazione 35 atti ad evacuare verso l'esterno della camera 10 le ceneri ed i residui della conversione. In particolare, tali mezzi trasportatori di evacuazione 35 comprendono una coclea (illustrata) o un nastro di trasporto alloggiata in un incavo del basamento 3, orientata parallelamente alla seconda parete verticale 6 e fuoriuscente da una parete laterale 8.

L'impianto 1 comprende mezzi 36 per convogliare i rifiuti da bruciare nella camera 10 attraverso la prima apertura 5. Tali mezzi 36 comprendono una tramoggia 37 o un caricatore cilindrico ed un condotto di alimentazione 38, preferibilmente definito da una coclea o da un nastro di trasporto, che collega la tramoggia 37 alla prima apertura 5. In una variante realizzativa non illustrata, il condotto di alimentazione 38 à ̈ realizzato in due tronconi meccanicamente disaccoppiati per garantire il taglio termico. Ad esempio, la coclea à ̈ definita da una prima coclea presentante una prima estremità disposta nella tramoggia 37 ed una seconda estremità affiancata all'estremità di una seconda coclea che termina nella prima apertura 5 del corpo di contenimento 2. Il materiale proveniente dalla tramoggia 37 giunge alla estremità della prima coclea e viene qui riversato nella seconda coclea.

L'impianto 1 comprende inoltre mezzi di controllo in grado di rilevare almeno un parametro di funzionamento dell'impianto 1 e di regolare la portata, la composizione e la temperatura dell'aria primaria, la portata e la temperatura dell'aria secondaria e la portata dei rifiuti da bruciare in modo da variare, come più avanti dettagliato, le caratteristiche del gas di sintesi prodotto.

I mezzi di controllo comprendono una centralina di gestione 39 ed almeno un sensore di temperatura 40 posto nella camera 10 collegato alla centralina 39.

Fanno anche parte dei mezzi di controllo il primo misuratore di portata 25, il secondo misuratore di portata 29, il misuratore di portata 18 dell'aria primaria, i quali sono tutti collegati alla centralina 39 per inviare alla stessa segnali indicativi dei parametri monitorati.

Fanno anche parte dei mezzi di controllo anche la prima valvola regolatrice 24, la seconda valvola regolatrice 28, la moto-serranda primaria 17, la moto-serranda secondaria 33, i primi mezzi di riscaldamento 19, i secondi mezzi di riscaldamento 34, i quali ricevono dalla centralina 39 segnali di comando in funzione dei segnali indicativi dei parametri monitorati. La centralina 39 Ã ̈ inoltre collegata ai motori del primo e del secondo elettroventilatore 16, 32 ed al motore della coclea 38.

La centralina di gestione 39 riceve inoltre un segnale di ingresso proveniente dall'utilizzatore (ad esempio camera di ossidazione e caldaia, motore, turbina ecc.) accoppiato all'impianto 1. Tale segnale à ̈ indicativo del tipo di utilizzatore presente ed anche in base a tale segnale, la centralina 39 gestisce l'impianto 1.

Se 1'utilizzatore à ̈ un motore o una turbina a gas, i gas di sintesi prodotti vengono direttamente inviati all'utilizzatore stesso.

Se 1'utilizzatore à ̈ una caldaia, tra la caldaia stessa e l'impianto 1 come sopra descritto à ̈ interposta una ulteriore camera 41 detta di ossidazione (illustrata parzialmente e schematicamente in figura 1). Un sistema di condotti, preferibilmente ricavati nelle pareti del corpo di contenimento 2 e nelle pareti della camera di ossidazione 41, collega il secondo condotto 31 alla camera di ossidazione 41 attraverso un pluralità di fori che si aprono sulle facce interne di detta camera di ossidazione 41. Una terza moto-serranda (detta di ossidazione) 42, preferibilmente installata nel secondo condotto 31, regola l'aria immessa nella camera di ossidazione 41.

In uso, i rifiuti immessi nella tramoggia 37 sono prelevati dalla coclea 38 e portati sui piani forati 11 o griglie che, tramite il loro movimento, tengono il materiale in regime di costante agitazione. L'innesco della combustione del materiale viene avviata tramite immissione di aria riscaldata oltre la temperatura di innesco (da definire secondo il tipo di materiale processato) .

Una volta avviata, la combustione nella zona di gassificazione si autoalimenta tramite la mandata forzata di aria primaria nella massa del materiale attraverso i piani forati 11.

Il movimento lento, costante e graduale dei piani forati o griglie mobili mantiene in continua traslazione e costante agitazione il materiale combustibile, permettendo una gassificazione controllata del materiale stesso. La gassificazione viene continuamente alimentata immettendo materiale ed aria primaria in quantità ed in frequenza dipendenti dalla richiesta di gas all'utilizzatore . Nel primo condotto 15 l'aria primaria viene regolata in: portata in funzione della quantità di materiale processato e del fabbisogno di aria per la sua conversione; temperatura (fino a 800°) secondo le esigenze di innesco della reazione; tenore di ossigeno (dal 20% al 100%) e di umidità (dalle condizioni ambiente fino a saturazione), per regolare la composizione e quindi il potere calorifico del gas di sintesi. L'aria primaria viene dosata e ripartita attraverso i setti divisori verticali 13 in proporzioni fisse verso i vari step di trattamento del materiale. Nella zona di turbolenza, l'apporto di aria secondaria provoca una combustione parziale del gas di sintesi ed un moto fortemente turbolento con lo scopo di mantenere la temperatura della camera 10 costante ed uniforme.

La regolazione associata delle due componenti, quantità di materiale, tramite la coclea di alimentazione 36 (preferibilmente regolando la velocità della coclea 36 tramite un variatore elettronico comandato dalla centralina 39), e aria, tramite la moto-serranda primaria 17 e secondaria 33, permette di seguire ed assecondare le esigenze che sono trasmesse in continuo, come segnale di ingresso, dall'utilizzatore alla centralina 39. In particolare, la regolazione della composizione e dell'umidità dell'aria permette di adeguare la qualità (principalmente il potere calorifico) del gas di sintesi alle esigenze dell'utilizzatore.

Le moto-serrande primaria 17 e secondaria 33 garantiscono che, al variare della quantità di materiale introdotta, la portata d'aria totale aumenti in proporzione, mantenendo il rapporto prestabilito in base al tipo di materiale trattato. Le moto-serrande primaria 17, secondaria 33 (ed eventualmente la terza motoserranda di ossidazione) gestiscono inoltre, in modo autonomo, continuo ed automatico, la ripartizione dell'aria tra la zona di gassificazione e quella di turbolenza (ed eventualmente quella di ossidazione).

La regolazione della conversione e delle fasi di gassificazione, turbolenza ed eventuale ossidazione avviene in modo separato ed indipendente.

Il lento movimento dei piani forati 11 trasla progressivamente il materiale combusto verso il fondo della camera 10 dove, ormai cenere inerte, viene raccolto e traslato all'esterno dalla coclea 35 alloggiata nell'incavo del basamento 3. La completa inertizzazione delle ceneri à ̈ garantita dal fatto che la temperatura di esercizio à ̈ sempre mantenuta sopra i 1200°C.

La sicurezza dell'impianto à ̈ garantita dalla presenza del sensore di temperatura 40 che, oltre a garantire il controllo e la sicurezza di massima temperatura, permette un monitoraggio continuo ed in tempo reale delle condizioni termiche all'interno della camera 10 e consente di intervenire con sufficiente anticipo a regolare le condizioni di esercizio,

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto per la dissociazione molecolare di rifiuti, comprendente: un corpo di contenimento (2) delimitante una camera di combustione (10) e provvisto di una prima apertura (5) per l'alimentazione di rifiuti da bruciare e di una seconda apertura (7), opposta alla prima, per la fuoriuscita di gas di sintesi prodotto dalla combustione; un primo condotto (15) di alimentazione forzata di aria primaria sfociante nella camera (10) presso la prima apertura (5) ed in corrispondenza di una zona di gassificazione di detta camera di combustione (10); mezzi (36) per convogliare i rifiuti da bruciare attraverso la prima apertura (5); caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre: una sorgente di ossigeno puro (22) in comunicazione di fluido con il primo condotto (15) e mezzi di controllo operativamente collegati a detta sorgente di ossigeno puro (22), per regolare il tenore di ossigeno dell'aria primaria, e/o una sorgente di acqua (26) in comunicazione di fluido con il primo condotto (15) ed operativamente collegata con i mezzi di controllo, per regolare l'umidità dell'aria primaria.
2. 2. Impianto secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi di controllo comprendono una prima valvola (24) ed un primo misuratore di portata (25) disposti su una canalizzazione (23) dell'ossigeno puro.
3. 3. Impianto secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui i mezzi di controllo comprendono una seconda valvola (28) ed un secondo misuratore di portata (29) disposti su una canalizzazione (27) dell'acqua.
4. 4. Impianto secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi di controllo comprendono primi mezzi di riscaldamento (19) operativamente attivi nel primo condotto (15), per regolare la temperatura dell'aria primaria .
5. 5. Impianto secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi di controllo comprendono una moto-serranda primaria (17) disposta nel primo condotto (15), per regolare la portata dell'aria primaria.
6. 6. Impianto secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi di controllo comprendono un misuratore di portata d'aria (18) disposto nel primo condotto (15).
7. 7. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, comprendente inoltre un secondo condotto (31) di alimentazione forzata di aria secondaria sfociante nella camera di combustione (10) in corrispondenza di una zona di turbolenza di detta camera di combustione (10) e in cui i mezzi di controllo comprendono secondi mezzi di riscaldamento (34) operativamente attivi nel secondo condotto (31), per regolare la temperatura dell'aria secondaria.
8. 8 . Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui i mezzi di controllo comprendono una centralina di gestione (39).
9. 9. Impianto secondo la rivendicazione 8, in cui la centralina di gestione (39) riceve inoltre un segnale indicativo del fabbisogno di gas di sintesi dell'utilizzatore accoppiabile all'impianto (1) e sfruttante il gas di sintesi prodotto dalla combustione.
10. 10. Impianto secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi (36) per convogliare i rifiuti da bruciare attraverso la prima apertura (5) comprendono un condotto di alimentazione realizzato in due tronconi meccanicamente disaccoppiati per garantire il taglio termico .