IT201800003163A1 - Dispositivo di pirolisi - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente titolo:

DISPOSITIVO DI PIROLISI

La presente invenzione concerne un innovativo dispositivo di pirolisi per lo smaltimento di polimeri, ed in particolare di pneumatici fuori uso (spesso e notoriamente identificati con l’acronimo di PFU), e per il recupero dei materiali che li costituiscono.

Si precisa innanzitutto che la pirolisi (o piroscissione) è un processo di decomposizione termochimica di materiali organici ottenuta tramite l'applicazione di calore e in completa assenza di un agente ossidante (normalmente ossigeno). In sostanza, se si riscalda il materiale in presenza di ossigeno, avviene una combustione che genera calore e, negativamente o almeno problematicamente, produce composti gassosi ossidati; effettuando invece lo stesso riscaldamento in condizioni di totale assenza di ossigeno, il materiale subisce la scissione dei legami chimici originari con formazione di molecole più semplici.

Tra i principali processi pirolitici attualmente sfruttati su larga scala spiccano quello che in chimica industriale viene definito come “cracking” (processo attraverso il quale si ottengono idrocarburi paraffinici leggeri per effetto della rottura delle molecole di idrocarburi paraffinici pesanti), nonché il trattamento termico dei rifiuti sfruttando in questo caso temperature comprese tra 400°C e 800°C (in genere 500-600°C).

In particolare, la pirolisi dei rifiuti converte il materiale da trattare dallo stato solido (cosiddetta componente “char”) in prodotti liquidi (cosiddetto “tar” o olii di pirolisi) e/o gassosi (syngas), utilizzabili quali combustibili o quali materie prime destinate a successivi processi chimici. Il residuo carbonioso solido ottenuto può venire ulteriormente raffinato fornendo prodotti quali ad esempio il carbone attivo.

Come noto, la gestione di grandi quantità di rifiuti è diventata una problematica ambientale di enormi dimensioni, pertanto la strategia del legislatore comunitario (o dell’Unione Europea) per la gestione dei rifiuti ritiene che lo smaltimento del rifiuto, per quanto appropriato ed efficacemente eseguito, debba venir preso in considerazione soltanto come ultima alternativa.

Il legislatore, specie comunitario, incoraggia per prima cosa la riduzione del rifiuto alla fonte, il che significa usare la prevenzione per minimizzare la produzione di rifiuto, e, in alternativa, il riutilizzo in forma originale, il riciclaggio ed il recupero di materiali ed energia.

Per i pneumatici usati, per esempio, il riutilizzo in forma originale (diretto o a seguito di alcuni pretrattamenti di ricostruzione) viene attualmente considerata come la “Best Practicable Enviromental Option” nella gerarchia della fase di gestione dei rifiuti.

Tuttavia, a causa della sempre maggiore diffusione dei pneumatici a basso profilo e ad elevate prestazioni (e ciò per soddisfare le esigenze di stabilità di guida in presenza di condizioni atmosferiche gravose o anche estreme), la vita media dei pneumatici sta notevolmente diminuendo, con conseguente incremento della loro quantità destinata allo smaltimento, ed una sempre maggiore porzione di pneumatici usati risulta inadeguata alla ricostruzione o al recupero totale degli stessi tramite riciclaggio (o riciclo).

In questa sede si ricorre a questo riferimento proprio perché, contrariamente ad altri tipi di rifiuti (quali per esempio vetro, imballaggi, metalli e carta), i pneumatici usati sono difficili da riciclare: il riciclaggio completo dei pneumatici usati – ossia quell’operazione che prevede di processare industrialmente i pneumatici usati per produrne di nuovi – non è attualmente ottenibile.

Quando i pneumatici non possono essere più utilizzati come tali o destinati ad essere ricostruiti, dovrebbero essere inevitabilmente smaltiti come rifiuto.

In Italia, infatti, esiste il divieto di smaltimento in discarica dei pneumatici fuori uso (PFU) dal 2006 (per mezzo del decreto legislativo 152/2006 che segue il recepimento della Direttiva Comunitaria 199/31(CE ); è così che ad esempio in Italia, da oltre un decennio, i pneumatici fuori uso sono in parte riutilizzati – tagliati o interi – per svariate applicazioni oppure, mediante un loro processo di trattamento termico, sono sfruttati per il recupero di materia e/o energia.

I pneumatici sono composti da materie che notoriamente possono essere reimpiegate in nuovi processi produttivi.

Grazie a dei procedimenti industriali di taglio e granulazione dei pneumatici (per esempio, triturazione meccanica oppure processi criogenici, processi elettrotermici), è possibile separarne le diverse componenti (gomma, acciaio e fibra) ottenendo un materiale utilizzabile in molteplici maniere: mattonelle, pannelli fonoassorbenti, superfici sportive, suole per calzature, ruote per carrelli, pavimentazioni stradali e componenti per automobili, solo per citare alcune delle applicazioni più comuni e conosciute.

Questa soluzione operativa permette di smaltire però solo una parte degli pneumatici che non possono essere ricostruiti per un riutilizzo, esattamente i cosiddetti PFU.

Un’alternativa a ciò è rappresentata dal recupero di materia e/o energia tramite un trattamento termico, quale tipicamente l’incenerimento, la termovalorizzazione – incenerimento con recupero energetico – o la pirolisi, eseguito sui pneumatici fuori uso (PFU).

Il primo di tali trattamenti termici, ossia l’incenerimento, prevede che nella gestione dei rifiuti, ai fini di un loro smaltimento, vengano impiegati appunto gli inceneritori che utilizzano un processo di combustione ad alta temperatura che fornisce, come prodotti finali, un effluente gassoso, ceneri e polveri.

In funzione della specifica tecnologia adoperata nella camera di combustione, è possibile distinguere vari tipi di inceneritore, come, per esempio, l’inceneritore a griglie che presenta una camera di combustione nella quale vengono utilizzate delle griglie metalliche mobili o fisse (la combustione del materiale avviene al di sopra di esse).

Tale soluzione operativa presenta alcuni riconosciuti svantaggi ed inconvenienti, segnatamente:

- possibile emissione di agenti tossici ed inquinanti che, per il loro abbattimento, richiedono l’installazione di impianti tecnologici dedicati e piuttosto articolati e complessi (sotto il profilo costruttivo);

- produzione di scorie che devono essere smaltite e costituiscono una grossa voce di spesa;

- inquinanti presenti nei fumi combusti, ossidi di azoto e particolato, i quali richiedono attrezzature specifiche per il loro trattamento prima dell’emissione in atmosfera;

- costi di gestione e di manutenzione elevati;

- non facile accettazione da parte della popolazione di questa tecnologia, specie da un punto di vista psicologico, a causa dei dubbi che permangono sulla nocività , nel lungo periodo per la salute delle persone, delle emissioni prodotte dagli inceneritori;

- distruzione di prodotti che possono essere utili e recuperabili.

Per quanto concerne invece il trattamento termico di termovalorizzazione, secondo la gerarchia di gestione dei rifiuti, definita dalla Direttiva Europea 2008/98/CE , l'incenerimento con recupero energetico ad alta efficienza si colloca al quarto livello di priorità dopo prevenzione, preparazione per il riutilizzo e recupero di materia, mentre precede lo smaltimento finale in discarica controllata. Come noto, negli impianti di incenerimento più moderni (termovalorizzatori), il calore sviluppato durante la combustione dei rifiuti viene recuperato e utilizzato per produrre vapore.

Si deve sottolineare che, per quanto concerne i rifiuti in generale, la termovalorizzazione è un tipo di smaltimento poco utilizzato per il basso potere calorifico dei rifiuti, al punto da renderlo poco appetibile perché poco efficiente. Le caratteristiche che fanno di uno pneumatico fuori uso un’ottima fonte di recupero energetico sono, invece, proprio la facilità di combustione e l’alto potere calorifico (simile a quello del carbone).

Per questo motivo, l’applicazione più usata di questo tipo di smaltimento dei PFU è quella che produce combustibile per i cementifici o in forni per la produzione di vapore.

Gli svantaggi di questa soluzione operativa per lo smaltimento dei PFU sono i medesimi di quelli della soluzione precedentemente esposta e che prevede di ricorrere all’inceneritore, dal momento che il termovalorizzatore altro non è che una versione implementata dell’inceneritore, con il solo ed esclusivo vantaggio del recupero energetico.

In relazione al trattamento termico di pirolisi, si evidenzia che lo smaltimento dei PFU tramite pirolisi consiste in una degradazione termica in atmosfera inerte, ottenuta mediante riscaldamento indiretto, in seguito al quale, per esempio gli pneumatici subiscono un cracking termico a temperature attorno ai 500/600°C, scindendosi, come già sopra evidenziato, in una componente solida (“char”), una parte liquida (“tar” o oli di pirolisi) ed una gassosa (“syngas”), in parte condensabile.

I prodotti della pirolisi possono essere a loro volta utilizzati come alimentazione in impianti che sfruttano processi di combustione oppure possono essere impiegati come materie prime seconde per altre lavorazioni.

Questo tipo di processo presenta quindi le caratteristiche per trasformare materiali polimerici in prodotti adatti alla produzione di energia o materie prime petrolchimiche.

Negli impianti di pirolisi, il riscaldamento viene effettuato in assenza totale di ossigeno, a differenza degli inceneritori, e il materiale processato subisce così la scissione dei legami chimici originari con formazione di molecole più semplici. Questo evidenzia un gran vantaggio nell’utilizzo di un impianto di pirolisi consistente nell’assenza di nanoparticelle, fumi incombusti, diossine o quanto altro viene creato negli impianti sopra descritti, a cui bisogna affiancare adeguate (ed onerose) soluzione impiantistiche tecnologie per l’abbattimento.

La parte fondamentale di ogni apparato di pirolisi attualmente disponibile sul mercato risiede nel reattore (o mezzi di riscaldamento) in cui il calore prodotto viene trasferito dalla sorgente al materiale.

Sono attualmente disponibili numerose tipologie di reattori per apparati (o dispositivi) di pirolisi, di cui di seguito si elencano i principali, soffermandosi sui loro svantaggi.

È disponibile innanzitutto l’autoclave – notoriamente, un recipiente o apparecchio provvisto di un sistema di chiusura ermetica nel quale la differenza di pressione positiva tra l'interno e l'esterno del recipiente agevola la tenuta – il cui svantaggio principale consiste nel fatto che il trasferimento del calore non è efficace.

Si cita successivamente il forno rotante (altrimenti noto anche come forno rotativo, avente forma cilindrica e generalmente appoggiato su rulli di rotolamento) utilizzato in varie applicazioni industriali e, in particolare, come reattore per apparecchi di pirolisi nel settore dello smaltimento di rifiuti; i principali inconvenienti o svantaggi di tale sistema di riscaldamento dei PFU consistono in: - necessità della circolazione di gas per rimuovere i prodotti della pirolisi al momento desiderato;

- massima riduzione o massimo contenimento delle dimensioni del materiale processato per ottenere un miglioramento del trasferimento di calore.

L’arte nota qui di interesse comprende, inoltre, dispositivi di pirolisi provvisti di reattore cosiddetto “a letto statico” (o fisso), i cui svantaggi o inconvenienti più rilevanti sono costituiti da:

- trasferimento del calore non efficace;

- tempo di reazione piuttosto lungo, oltre i livelli auspicabili e accettabili;

- necessità della circolazione di gas per rimuovere al momento desiderato i prodotti della pirolisi.

In alternativa, allo stato attuale della tecnica sono disponibili dispositivi di pirolisi provvisti di reattore cosiddetto “a letto fluido” che tuttavia provoca i seguenti inconvenienti:

- processo ad essi associato sensibile a fibre e ad elevate quantità di metalli; - alti costi operativi per il riscaldamento;

- preparazione complessa delle materie prime;

- auspicabilmente e preferibilmente piccola pezzatura del materiale da processare;

- anche in questo caso, necessità della circolazione di gas per rimuovere al momento desiderato i prodotti della pirolisi.

Da quanto appena sommariamente evidenziato, si evince, quindi, che le uniche applicazioni finora impiegate su larga scala industriale prevedono che il processo di pirolisi per lo smaltimento dei pneumatici fuori uso (PFU) venga eseguito mediante il riscaldamento convenzionale e, per riassumere, richiedono sfavorevolmente:

- lunghi tempi di reazione;

- difficoltà nel trasferimento del calore, anche e specialmente in considerazione del fatto la conduttività termica dei polimeri è bassa;

- difficoltà nell’ottenere una buona efficienza nel riscaldamento.

In aggiunta, il recupero dei pneumatici fuori uso mediante il reimpiego dei propri composti, ottenuti da processi come quello di pirolisi, stenta a decollare perché risente fortemente anche degli elevati costi di lavorazione necessari ai processi di trattamento termico sopra descritti.

Partendo, dunque, dalla consapevolezza dei suddetti inconvenienti di cui soffre lo stato attuale della tecnica qui considerata, la presente invenzione si propone di superare efficacemente tali inconvenienti.

In particolare, scopo primario della presente invenzione è fornire un dispositivo industriale di pirolisi per lo smaltimento di polimeri, ed in particolare di pneumatici fuori uso, che rispetto ai dispositivi di pirolisi noti utilizzati per la medesima funzione difficoltà elimini o quanto meno riduca sensibilmente le difficoltà nel trasferimento del calore al materiale da trattare.

Nell’ambito di tale scopo, è compito dell’invenzione ideare un dispositivo (o apparato) industriale di pirolisi per lo smaltimento di polimeri, ed in particolare di pneumatici fuori uso, che presenti un rendimento, nel trattamento del materiale, tipicamente uno o più pneumatici fuori uso, superiore rispetto a quello dei dispositivi della tecnica nota.

Altrimenti detto, è compito dell’invenzione rendere disponibile un dispositivo (o apparato) industriale di pirolisi per lo smaltimento di polimeri, ed in particolare di pneumatici fuori uso, che permetta di eseguire il riscaldamento del materiale da trattare con più efficienza rispetto ai dispositivi dell’arte nota ad esso in qualche misura rapportabili.

È un ulteriore scopo dell’attuale invenzione indicare un dispositivo (o apparato) industriale di pirolisi per lo smaltimento di polimeri, ed in particolare di pneumatici fuori uso, che contempli tempi di reazione del materiale da trattare inferiori di quelli riscontrabili nei dispositivi di tipo noto.

Nella sfera cognitiva di tale secondo scopo, è compito dell’invenzione stessa fornire un dispositivo (o apparato) industriale di pirolisi per lo smaltimento di polimeri, ed in particolare di pneumatici fuori uso, che, rispetto allo stato attuale dell’arte ad esso più vicina, consenta di ridurre il costo di produzione, a parità di fattori coinvolti nel calcolo di tale costo quale la manodopera e le materie prime impiegate per la sua costruzione.

È un non ultimo scopo della presente invenzione concretizzare un dispositivo (o apparato) industriale di pirolisi, da utilizzare in particolare per lo smaltimento di pneumatici fuori uso, che sia realizzabile a costi sostenibili e presenti un prezzo di vendita competitivo.

Gli scopi detti vengono conseguiti tramite un dispositivo di pirolisi come alla rivendicazione 1 allegata, cui si rinvia per brevità espositiva.

Ulteriori caratteristiche tecniche di dettaglio del dispositivo di pirolisi della presente invenzione sono riportate nelle relative rivendicazioni dipendenti.

Le suddette rivendicazioni, nel seguito specificatamente e concretamente definite, si intendono parte integrante della presente descrizione.

Vantaggiosamente, alla luce del fatto che il processo di pirolisi rappresenta una soluzione promettente nell’ottica dello smaltimento dei polimeri e dei pneumatici fuori uso (PFU) in particolare, e nell’ottica del recupero dei materiali che costituiscono tali materiali, l’innovativo dispositivo di pirolisi della presente invenzione intende superare le criticità dei metodi di riscaldamento convenzionali sopra descritti, utilizzando come mezzi di riscaldamento del materiale da trattare una o più sorgenti microonde.

In particolare, il dispositivo di pirolisi dell’invenzione si presta a sfruttare il processo per la pirolisi dei pneumatici fuori uso (PFU) descritto nel documento brevettuale pubblicato con WO2012/110991 A1 i cui insegnamenti sono incorporati per riferimento nella presente descrizione.

Sperimentalmente il processo di pirolizzazione dei polimeri e dei pneumatici fuori uso (PFU), in particolare attraverso sorgenti a microonde, è già stato dunque studiato, evidenziando notevoli vantaggi rispetto ai classici metodi quali:

- efficienza nel riscaldamento con alta resa energetica;

- rapidità nel riscaldamento;

- omogeneità di riscaldamento nel materiale processato;

- possibilità di utilizzare pezzi di elevate dimensioni senza problematiche nella somministrazione del calore, quindi superando il problema della bassa conduttività termica dei polimeri;

- conseguente aumento della produttività dell’impianto ideato;

- conseguente riduzione dei costi complessivi.

Le caratteristiche e la conformazione del dispositivo ideato permettono di estendere lo studio scientifico (alla base della domanda di brevetto WO2012/110991 A1 sopra introdotta) in un dispositivo (o apparato) producibile e disponibile su larga scala, mantenendo i vantaggi descritti dalla sperimentazione ma con la possibilità di eseguire un processo di pirolisi anche su grandi quantità e su parti di grandi dimensioni di materiale da processare (per esempio anche più pneumatici fuori usi interi contemporaneamente).

Ciò è possibile grazie all’ideazione di un sistema innovativo di lancio delle microonde all’interno del reattore, di una struttura della camera studiata per mantenere l’omogeneità di radiazione al suo interno, da sistemi di chiusura (o compartimentazione) delle zone di processo ideati per mantenere sia le caratteristiche richieste dal processo stesso sia la sicurezza per quanto riguarda l’ambiente creato all’interno del reattore.

Altrettanto vantaggiosamente, per effetto delle caratteristiche tecniche appena genericamente evidenziate, il dispositivo di pirolisi dell’invenzione permette di ottimizzare il trasferimento di calore dagli specifici mezzi di riscaldamento, del tipo a microonde, al materiale polimerico da trattare convogliato all’interno della camera pirolitica di trattamento, sostanzialmente eliminando o quanto meno limitando le difficoltà riscontrabili in tal senso nell’arte nota.

Ugualmente vantaggiosamente, il dispositivo di pirolisi dell’attuale invenzione favorisce tempi di reazione del materiale polimerico da trattare, inferiori di quelli riscontrabili nei dispositivi di tipo noto, a tutto vantaggio dei costi di produzione. In maniera vantaggiosa ed in sintesi, quindi, il dispositivo di pirolisi dell’invenzione presenta un rendimento nettamente migliore rispetto a quello offerto dai dispositivi della tecnica nota ad esso equiparabili, sebbene lontanamente.

Gli scopi ed i vantaggi detti, nonché altri che emergeranno nel prosieguo, risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione che segue, relativa a preferite forme esecutive del dispositivo di pirolisi dell’invenzione, date a titolo indicativo ed illustrativo, ma non limitativo, con riferimento alle allegate tavole di disegno in cui:

- la figura 1 è una vista assonometrica di una prima variante esecutiva del dispositivo di pirolisi dell’invenzione, in una possibile configurazione operativa; - la figura 2 è una vista esplosa di figura 1, con la compartimentazione in posizione di apertura;

- la figura 3 è la vista frontale del dispositivo di pirolisi dell’invenzione, in una seconda configurazione;

- la figura 4 è la vista di figura 3 secondo il piano di sezione IV-IV;

- la figura 5 è una prima vista laterale del dispositivo di pirolisi di figura 1;

- la figura 6 è una seconda vista laterale del dispositivo di pirolisi di figura 1; - la figura 7 è la vista di figura 6 secondo il piano di sezione VII-VII;

- la figura 8 è la vista frontale del dispositivo di pirolisi di figura 1;

- la figura 9 è la vista di figura 8 secondo il piano di sezione IX-IX ;

- le figure 10-12 sono tre distinte viste assonometriche, da diverse angolazioni, di un particolare costruttivo di figura 2;

- la figura 12a è un dettaglio ingrandito, parziale e semplificato di figura 12;

- la figura 12b è una vista schematizzata e semplificata di un dettaglio di figura 10 e del suo sistema di funzionamento;

- la figura 13 è la vista frontale di un primo particolare costruttivo di figura 2, nella posizione di chiusura;

- la figura 14 è la vista di figura 15 secondo il piano di sezione XIV-XIV;

- la figura 15 è la vista di figura 13 secondo il piano di sezione XV-XV;

- la figura 16 è un dettaglio ingrandito di figura 15;

- la figura 16a è un dettaglio ulteriormente ingrandito di figura 16;

- la figura 17 è la vista frontale di un primo particolare costruttivo di figura 2, nella posizione di apertura;

- la figura 18 è la vista di figura 17 secondo il piano di sezione XVIII-XVIII;

- la figura 19 è la vista di figura 18 secondo il piano XIX-XIX ;

- la figura 20 è la vista laterale di figura 17;

- le figure 21, 22 e 23 sono tre distinte e diverse viste esplose del particolare costruttivo di figura 13;

- la figura 22a è un dettaglio ingrandito di figura 22;

- la figura 23a è un dettaglio ingrandito di figura 23;

- la figura 24 è una vista assonometrica di una prima variante esecutiva del dispositivo di pirolisi dell’invenzione, in una possibile configurazione operativa. In sostanza, secondo l’invenzione, i componenti costruttivi principali del dispositivo di pirolisi 1 mostrato alle figure 1 e 2 e destinato ad attuare il processo di pirolisi di materiali polimerici, specialmente pneumatici fuori uso (PFU), sono i seguenti: a) un carrello sagomato che alloggia il materiale da pirolizzare e presenta un profilo in sezione trasversale sostanzialmente a forma di V ed è provvista di elementi di supporto laterali per il contenimento stabile del materiale sopra di esso;

b) una camera iniziale assiale di pre-trattamento (lavaggio o bonifica) che comprende:

- porte a tenuta stagna;

- telaio con camera opportunamente disegnata per tenere una data pressione;

- condotti flangiati per pulizia ed azotaggio dell’atmosfera;

- dischi di rottura a sicurezza di eventuali esplosioni durante il processo. c) una camera intermedia di trattamento pirolitico:

- porte a tenuta stagna;

- telaio con camera opportunamente disegnata per tenere una data pressione;

- condotti flangiati per pulizia ed azotaggio dell’atmosfera;

- dischi di rottura a sicurezza di eventuali esplosioni durante il processo;

- cassette contenenti dispositivi e componenti di radiazione microonde (ogni cassetta dispone in questo caso, a titolo di esempio, di quattro dispositivi di generazione di microonde da 1 kW);

- resistenze di riscaldamento presenti sul pavimento della camera intermedia sotto il carrello;

- condotti flangiati per l’estrazione dei gas di sintesi.

d) una camera di raffreddamento:

- porte a tenuta stagna;

- telaio con camera opportunamente disegnata per tenere una data pressione;

- condotti flangiati per pulizia ed azotaggio dell’atmosfera;

- condotti flangiati per l’estrazione dei gas di sintesi;

- dischi di rottura a sicurezza di eventuali esplosioni durante il processo.

Il primo corpo tubolare, presentante la camera iniziale di lavaggio o bonifica, è provvisto di una porta basculante (o anta frontale) rotante verso l’alto.

In condizioni di chiusura, tale porta basculante è dotata di mezzi di bloccaggio che permettono di serrare la camera iniziale in maniera ermetica.

La camera iniziale è strutturata in modo da poter sopportare le pressioni e le depressioni dovute alla fase di azotaggio. Per permettere l’azione di azotaggio della camera sono stati progettati dei camini laterali dove poter estrarre l’aria in camera ed immettere azoto. Tali camini possono essere in numero variabile poiché il loro utilizzo non è finalizzato solo all’azione di azotaggio ma anche all’installazione di strumenti di misura che possono essere ritenuti necessari al controllo del processo in corso.

Nella parte superiore della camera iniziale sono stati progettati dei camini di sicurezza: anch’essi possono essere di numero variabile, provvisti di piatti di rottura e valvole di sicurezza, particolare consigliato ed opportuno a causa della possibilità di ambiente corrosivo che si può creare in camera durante il trattamento Come si vede nelle figure allegate, all’interno della camera iniziale sono stati progettati dei pignoni che supporteranno e regoleranno la movimentazione della catena (non raffigurata per semplicità espositiva) che serve a permettere al carrello sagomato di scorrere, avanzando lungo l’asse longitudinale X , durante il processo da una camera all’altra.

All’esterno della camera iniziale è presente poi l’albero che, essendo connesso operativamente a mezzi di motorizzazione, permette la rotazione della catena. Un’eventuale ed ulteriore camera iniziale di lavaggio, successiva ed in serie a quella appena descritta, presenterà analoga concezione costruttiva pur essendo priva del sistema di chiusura e potrà essere unita alla camera iniziale (o meglio, al primo corpo tubolare) tramite una flangia che circonda il corpo tubolare.

Per quanto concerne la camera intermedia assiale di trattamento pirolitico, come si vede nelle figure allegate coinvolte, essa è strutturata diversamente dalle altre camere del dispositivo di pirolisi dell’invenzione.

Innanzitutto, l’interno della camera intermedia di trattamento pirolitico presenta una geometria diversa, non circolare bensì di forma poligonale: tale geometria è necessaria per la buona diffusione delle microonde all’interno della camera intermedia e lo sforzo generato da tale conformazione viene opportunamente compensato esternamente da una struttura alettata.

Nella parte laterale della camera intermedia si trovano, inoltre, i condotti utilizzati per l’azotaggio o gli strumenti di misura.

Nella parte superiore vengono fissati gli alimentatori microonde con internamente i dispositivi di generazione a microonde e tutta la parte elettrica ed elettronica necessaria al loro funzionamento.

Per garantire il raffreddamento dell’elettronica all’interno degli alimentatori sono stati progettati dei condotti appositi disposti al di sopra degli stessi.

Anche in questa camera intermedia sono presenti i camini di sicurezza, in questo caso tuttavia verranno utilizzati per collegare dei connettori, in modo da disporre oltre che della valvola di sicurezza e dei piatti di rottura anche dei condotti per l’estrazione dei fumi prodotti durante il trattamento e per l’installazione di strumentazione di misura di variabili importanti durante il processo (per esempio la temperatura dei fumi estratti).

Di particolare rilevanza nell’invenzione risulta la preferita sequenza dei materiali utilizzati nel sistema di lancio delle microonde nel soffitto della camera intermedia (vedi figura 12b).

A contatto con l’ambiente interno della camera intermedia, sostenute da appositi appoggi, sono presenti delle piastre realizzate in materiale refrattario trasparente alle onde elettromagnetiche e meccanicamente robusto (quindi, in grado di resistere alle pressioni e depressioni che si formano nella camera intermedia assiale del dispositivo di pirolisi 1 dell’invenzione), resistente a quell’ambiente corrosivo generato dai gas sprigionati durante il processo di pirolisi, e alle temperature elevate.

Gli strati successivi di piastre (che potranno essere uno o più di uno, con l’ultimo strato – contato a partire dall’interno della camera intermedia verso l’esterno della stessa corpo – che è collegato all’alimentatore microonde) sono in materiale trasparente alle microonde ed efficacemente sigillati in modo tale da isolare la variazione di pressione presente nella camera intermedia del secondo corpo tubolare.

La struttura della camera finale di raffreddamento (presente in almeno un esemplare, di varia lunghezza a seconda delle esigenze di rendimento del processo) è la stessa di quella usata per la camera iniziale di lavaggio o bonifica (nel caso del dispositivo di pirolisi 1 di figura 1 e 2 tali due camere addirittura coincidono), quantunque sia importante l’installazione di dispositivi di raffreddamento che potranno essere di varia natura per poter raffreddare i residui di materiale rimasti al termine del processo di pirolisi.

Inoltre, anche per questa camera finale, come per quelle precedenti di lavaggio (o bonifica) e trattamento pirolitico, i camini di sicurezza verranno collegati a connettori aventi i medesimi usi descritti in precedenza.

Nell’invenzione, anche le ante (frontale e/o di mezzeria) dovranno mantenere al loro interno l’atmosfera creata all’interno del dispositivo di pirolisi: per tale motivo, come per le varie camere, esse sono provviste di condotti per effettuare l’azotaggio ed il collegamento di eventuali strumenti di misura.

In aggiunta, all’interno delle ante di mezzeria, per permetterne il sollevamento, vengono utilizzati in questo caso, di preferenza, due pistoni oleodinamici ispezionabili e pulibili attraverso sportelli installati a lato e nel corpo dell’anta medesima.

La concezione reticolare dell’anta di mezzeria permette contemporaneamente di rinforzare la struttura e di posizionare all’interno del reticolato del materiale refrattario (quale un getto di cemento) a protezione dalle alte temperature.

La struttura interna dell’anta di mezzeria è molto particolare e studiata grazie alla presenza di un sistema di cunei, contro-cunei e cilindri che, durante la discesa del componete centrale mobile dell’anta di mezzeria per disporla dalla posizione di apertura alla posizione di chiusura, permettono che l’nata di mezzeria sia spinta verso l’esterno per chiudere ermeticamente le zone di mezzeria della camera intermedia di trattamento pirolitico.

Tutta la struttura interna mobile può essere estratta dalla parte superiore dell’anta di mezzeria in modo tale da effettuare un’eventuale manutenzione dei componenti. Anche nel caso del dispositivo di pirolisi 100 di figura 24, il materiale polimerico da pirolizzare (processabile intero o a pezzi, indifferentemente) viene posto nel carrello sagomato.

Il dispositivo di pirolisi 100 dell’invenzione include in questo caso due camere iniziali di lavaggio (o bonifica), due camere intermedie di trattamento pirolitico e quattro camere finali di raffreddamento (distinte dalle camere iniziali di lavaggio o bonifica): in ogni caso, il numero di camere può variare a seconda del materiale polimerico che deve essere trattato e, quindi, dalla durata del processo.

Si evidenzia che la camera iniziale di lavaggio (o di bonifica) e la camera finale di raffreddamento sono strutturate in maniera analoga.

Nella parte centrale del dispositivo di pirolisi 100, ogni due camere sono presenti le ante di mezzeria progettate e pensate per soddisfare le caratteristiche del dispositivo di pirolisi 100.

Da un punto di vista operativo, all’atto del primo avvio è necessario eseguire la pulizia e l’azotaggio delle varie camere del dispositivo di pirolisi 1 (o 100) dell’invenzione.

Per avviare tale procedura, per prima cosa, si chiudono le porte di ingresso ed uscita del dispositivo di pirolisi (è possibile già introdurre nella fase di avvio il carrello sagomato con il materiale polimerico da pirolizzare all’interno della camera iniziale), mentre le porte interne al dispositivo fra le camere durante questa fase possono essere lasciate aperte.

Mediante gli appositi condotti flangiati presenti nelle tre camere, si procede con l’estrazione dell’aria e l’immissione di azoto, questa operazione dovrà essere ripetuta più volte in modo da estrarre con ottima probabilità tutte le componenti di ossigeno presenti nell’atmosfera interna del dispositivo.

Una volta ottenuta la pulizia e l’azotaggio dell’intero dispositivo di pirolisi 1, si chiudono anche le porte interne (o ante di mezzeria, se erano state lasciate aperte) e si prosegue con la procedura di ciclo.

All’inizio di un ciclo di trattamento, dopo che la procedura di avvio è stata eseguita, tutte le ante del dispositivo di pirolisi della presente invenzione si troveranno in posizione di chiusura.

Per iniziare il ciclo, si apre la porta di ingresso alla camera iniziale di lavaggio e si introduce all’interno il carrello sagomato carico con il materiale polimerico da pirolizzare, alloggiato per il trattamento.

Una volta chiusa e compartimentata la camera iniziale, mediante i suoi appositi condotti, si procede all’estrazione dell’aria e all’immissione di azoto, anche in questo caso, ripetendo più volte il procedimento per estrarre tutte le componenti di ossigeno nell’atmosfera.

Ottenuta la pulizia e l’azotaggio dell’atmosfera, mediante gli appositi tubi di equalizzazione della pressione, controllati da opportune valvole, si equalizza la pressione tra la camera di lavaggio e la camera successiva, cioè la camera di trattamento.

Quando le pressioni tra le camere suddette saranno equalizzate, si apre la sola anta di mezzeria che mette in comunicazione le due camere e tramite azionamento automatico si trasferisce il carrello sagomato nella camera intermedia di trattamento.

Chiusa la porta di separazione o compartimentazione, si avviano le sorgenti microonde e le resistenze installate nella camera intermedia di trattamento che, attraverso il riscaldamento dello pneumatico, attivano il processo di pirogassificazione.

A processo terminato, prima dell’apertura dell’anta di mezzeria e dell’avanzamento del carrello sagomato, è quanto meno raccomandato se non necessario pulire ed azotare la camera successiva, cioè la camera di raffreddamento, con la stessa metodologia usata per la camera di lavaggio (che peraltro, nel caso del dispositivo di pirolisi di figura 1 e 2 coincidono), ed equalizzare la pressione con la camera di trattamento.

Terminata l’equalizzazione della pressione è possibile aprire la porta che la mette in comunicazione con la camera di trattamento e, tramite azionamento automatico, trasferire il carrello sagomato in quest’ultima camera, chiudendo nuovamente la porta a fine trasferimento.

Il carrello sagomato viene lasciato nella camera iniziale, il tempo necessario a raffreddare i residui del processo, mantenendo il vuoto all’interno della stessa. A raffreddamento raggiunto, è possibile aprire l’anta frontale ed estrarre dalla camera iniziale il carrello sagomato contenente gli elementi residui del processo. In base alla descrizione appena fornita, si comprende, pertanto, che il dispositivo di pirolisi per lo smaltimento di materiali polimerici, specialmente pneumatici fuori uso (PFU), oggetto della presente invenzione, raggiunge gli scopi e realizza i vantaggi precedentemente menzionati.

In fase esecutiva, potranno essere apportate modifiche al dispositivo di pirolisi dell’attuale invenzione, consistenti, per esempio, in una lunghezza di detta camera iniziale di lavaggio o bonifica e/o di detta camera intermedia di trattamento pirolitico diversa da quella ricavabile nelle figure allegate.

Oltre a ciò, potranno sussistere altre varianti esecutive del dispositivo di pirolisi che qui si rivendica in esclusiva, non illustrate nel seguito, nelle quali i primi mezzi attuatori ed i secondi mezzi attuatori sono di tipologia diversa da quella descritta in precedenza.

È chiaro, infine, che numerose altre varianti possono essere apportate al dispositivo di pirolisi in parola, senza per questo uscire dai principi di novità insiti nell’idea inventiva, così come è chiaro che, nella pratica attuazione dell’invenzione, i materiali, le forme e le dimensioni dei dettagli illustrati potranno essere qualsiasi, a seconda delle esigenze, e potranno essere sostituiti con altri tecnicamente equivalenti.

Ove le caratteristiche costruttive e le tecniche menzionate nelle successive rivendicazioni siano seguite da segni o numeri di riferimento, tali segni di riferimento sono stati introdotti con il solo obiettivo di aumentare l’intelligibilità delle rivendicazioni stesse e, di conseguenza, essi non presentano alcun effetto limitante sull’interpretazione di ciascun elemento identificato, a titolo puramente di esempio, da tali segni di riferimento.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di pirolisi (1; 100) per lo smaltimento di materiali polimerici, specialmente pneumatici fuori uso, caratterizzato dal fatto di comprendere una struttura tubolare allungata che si sviluppa secondo un asse longitudinale (X) ed include almeno: - un primo corpo tubolare che presenta una camera iniziale di lavaggio o bonifica nella quale è accolto un carrello sagomato contenente materiale polimerico da sottoporre a trattamento di pirolisi ed è provvisto di: - primi condotti per l’estrazione da detta camera iniziale di ogni componente di ossigeno presente nell’atmosfera interna di detta camera iniziale; - secondi condotti per l’immissione di azoto in detta camera iniziale; - un’anta frontale girevole, disposta in corrispondenza di una bocca assiale di ingresso attraverso cui detto carrello sagomato viene introdotto in detta camera inziale e cooperante con primi mezzi attuatori che la movimentano alternatamente tra una prima posizione, in cui detta anta frontale chiude ermeticamente detta camera iniziale, ed una seconda posizione in cui detta anta frontale apre detta camera iniziale ponendo detta bocca assiale di ingresso in comunicazione con l’ambiente esterno; - un secondo corpo tubolare, disposto a valle di detto primo corpo tubolare da cui è fisicamente separato e chiuso sul fondo, presentante una camera intermedia di trattamento pirolitico che accoglie detto carrello sagomato proveniente da detta camera iniziale e supportante detto materiale polimerico; - una o più sorgenti di riscaldamento a microonde accoppiate a detto secondo corpo tubolare ed affacciate verso detta camera intermedia, atte ad attivare in detta camera intermedia detto trattamento di pirolisi su detto materiale polimerico supportato da detto carrello sagomato; - un’anta di mezzeria, interposta tra detto primo corpo tubolare e detto secondo corpo tubolare e cooperante con secondi mezzi attuatori che la movimentano alternatamente tra una posizione di chiusura, in cui detta anta di mezzeria mantiene ermeticamente tra loro isolate detta camera iniziale e detta camera intermedia, ed una posizione di apertura in cui detta anta di mezzeria pone in comunicazione tra loro detta camera iniziale e detta camera intermedia.
2. 2. Dispositivo (1; 100) come alla rivendicazione 1), caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un terzo corpo tubolare, disposto a valle di detto secondo corpo tubolare da cui è fisicamente separato e chiuso sul fondo, presentante una camera finale di raffreddamento che accoglie detto carrello sagomato proveniente da detta camera intermedia e supportante detto materiale polimerico appena sottoposto a detto trattamento di pirolisi.
3. 3. Dispositivo (1; 100) come alla rivendicazione 1) o 2), caratterizzato dal fatto che detto primo corpo tubolare e detto secondo corpo tubolare sono tra loro coassiali ed allineati assialmente.
4. 4. Dispositivo (1; 100) come alla rivendicazione 1), 2) o 3), caratterizzato dal fatto che detto terzo corpo tubolare è coassiale a detto primo corpo tubolare e a detto secondo corpo tubolare.
5. 5. Dispositivo (1) come una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto terzo corpo tubolare coincide con detto primo corpo tubolare ed è chiuso da un lato da detta anta di mezzeria e dall’altro lato da detta anta frontale che, quando disposta da detti primi mezzi attuatori in detta seconda posizione, apre detta camera iniziale di lavaggio o bonifica per la fuoriuscita di detto carrello sagomato al termine di detto trattamento di pirolisi.
6. 6. Dispositivo (100) come una qualsiasi delle rivendicazioni da 1) a 4), caratterizzato dal fatto che detto terzo corpo tubolare è un pezzo distinto e separato da detto primo corpo tubolare e detto secondo corpo tubolare dal quale è separato tramite detta anta di mezzeria interposta tra la bocca di uscita di detto secondo corpo tubolare e la bocca di ingresso di detto terzo corpo tubolare.
7. 7. Dispositivo (100) come alla rivendicazione 6), caratterizzato dal fatto che detto terzo corpo tubolare è provvisto di un’anta posteriore, contrapposta a detta anta frontale, disposta in corrispondenza della bocca di uscita di detto terzo corpo tubolare dalla quale detto carrello sagomato fuoriesce al termine di detto trattamento di pirolisi.