IT201900000613A1

IT201900000613A1 - Processo di valorizzazione di scarti della rigenerazione di olii usati

Info

Publication number: IT201900000613A1
Application number: IT102019000000613A
Authority: IT
Inventors: Victor Baldo; Francesco Gallo
Original assignee: Itelyum Regeneration S R L
Priority date: 2019-01-15
Filing date: 2019-01-15
Publication date: 2020-07-15
Also published as: PT3683295T; EP3683295A1; PL3683295T3; EP3683295B1; MA50425A; ES2884927T3

Description

PROCESSO DI VALORIZZAZIONE DI SCARTI DELLA RIGENERAZIONE DI OLII USATI

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce a un processo di valorizzazione di scarti della rigenerazione di olii usati, utile ad aumentare la frazione di prodotti vendibili a seguito della rigenerazione di olii, per lo più non alimentari, usati.

L'uso di lubrificanti -olii e grassi di vario tipo- è in voga dai primordi della meccanica. Tale uso è indispensabile quando vi siano parti meccaniche che scorrano l'una rispetto all'altra, per far sì che tale movimento avvenga nella maniera più liscia possibile, senza che le parti in movimento si incastrino l'una nell'altra, possibilmente senza rimozione di scaglie di materiale proveniente da tali parti. Inoltre, la lubrificazione riduce notevolmente gli attriti, riducendo il consumo energetico e consentendo prestazioni migliori.

In particolare, lubrificanti vengono usati nei motori a combustione interna per i veicoli, per esempio per gli autoveicoli. In essi, i movimenti di scorrimento estremamente rapidi portano a temperature molto alte, supportate anche dagli effetti della combustione interna. Un altro uso importante è nelle macchine utensili. Per questo motivo, i lubrificanti vengono sottoposti a una serie di reazioni, provocate dalle alte temperature che si generano in queste situazioni; in particolare, si hanno reazioni di pirolisi, di scissione, di condensazione, di idrogenazione, di disidratazione e di deidrogenazione, cosicché si hanno scissioni e ricombinazioni delle molecole che formano i lubrificanti. Ciò fa sì che la composizione chimica dei lubrificanti cambi nel tempo; ciò comporta, abbastanza ovviamente, che anche le caratteristiche fisiche e chimico-fisiche dei lubrificanti cambino nel tempo. Per questo motivo, col tempo i lubrificanti perdono normalmente le loro proprietà di aiuto allo scorrimento e possono perfino diventare pericolosi per le parti meccaniche cui vengano applicati. Questo viene aggravato dal fatto che piccole scaglie di metallo o di ossidi metallici si staccano comunque dalle parti in movimento e restano sospese nell'olio e che si formano spesso -con le reazioni precedentemente discusse- polimeri solidi, abrasivi. A questo punto, o meglio prima di questo punto, è opportuno sostituire i lubrificanti, con l'operazione nota in gergo come “cambio dell'olio”, eliminando i lubrificanti usati e aggiungendone di freschi.

Purtroppo, la maggior parte dei lubrificanti utilizzati per i motori a combustione interna sono sostanze già di per sé inquinanti; le trasformazioni non aiutano certo gli olii a diventare meno pericolosi. Per questo motivo, a norma di legge gli olii usati vengono raccolti dai cosiddetti consorzi obbligatori, per evitare il loro spargimento nel terreno e nelle falde acquifere, dove comprometterebbero la sicurezza alimentare.

Ai lubrificanti automobilistici si aggiungono quelli industriali, cosicché le quantità di olio usato da smaltire sono decisamente importanti. Purtroppo, nonostante l'istituzione dei consorzi obbligatori, gli olii usati recuperati costituiscono solo circa un terzo degli olii usati totali, il resto andando ancora perso nell'ambiente, con danno ecologico e, come si vedrà nel seguito, economico.

Dagli anni '60 del XX secolo, con lo sviluppo di una coscienza ecologica, si è cominciato a cercare di riciclare gli olii usati, onde ottenere un prodotto che potesse essere in qualche maniera riutilizzato, al fine di ridurre la necessità di smaltimento.

I primi processi furono quelli con acido solforico e con propano liquido. Si trattano, cioè, gli olii aggiungendo acido solforico o propano, così da eliminare una buona parte delle impurezze contenute negli olii usati. Tuttavia, il processo con acido è stato praticamente abbandonato, a causa dei notevoli problemi di inquinamento che esso comporta.

Il processo con acido solforico provoca, infatti, la formazione di fanghi acidi, che trattengono al proprio interno quantità non trascurabili di olio e che contengono, inoltre, composti polimerici e metalli pesanti; questi fanghi sono quindi di difficile smaltimento. Normalmente, tale smaltimento avviene in discarica, preferibilmente dopo una neutralizzazione, che però aumenta il volume da smaltire degli stessi fanghi. Si è tentata per questo la via della combustione dei fanghi, che si è però rivelata impraticabile.

Si sono così sviluppati altri processi, a partire da quello già accennato che fa uso di propano.

La fase di trattamento acido viene completamente sostituita da una chiarifica con propano liquido. Si sceglie il propano come idrocarburo, perché facilmente liquefacibile e di bassa densità una volta liquefatto. Esso agisce, dunque, da fluidificante sugli olii cui venga aggiunto, così da permettere la separazione di una fase ad alta densità -che contiene polimeri ad alto peso molecolare e metalli pesanti- da una seconda frazione, costituita da olii chiarificati e disidratati. Il propano viene quindi rimosso e riciclato alla miscelazione con gli olii in entrata.

Si procede poi a una filtrazione a caldo, permettendo il recupero di una frazione gassosa. Si conclude poi con decolorazione e deodorizzazione del contenuto.

Questo processo, che permette di raggiungere rendimenti più elevati, presenta ancora, tuttavia, alcuni svantaggi. Innanzitutto, maneggiare il propano -altamente infiammabile- può essere pericoloso per i lavoratori dell'impianto. Inoltre, una parte del propano resta comunque intrappolato nell'asfalto che si forma come sottoprodotto; questa presenza esclude l'utilizzo del bitume ottenuto come sottoprodotto per la realizzazione di strade, con notevole limitazione del mercato e conseguente danno economico. Quindi, la frazione bituminosa in questo processo risulta semplicemente uno scarto, da smaltire e non può essere valorizzata, come sarebbe invece auspicabile. Infine, il processo è di per sé molto più costoso del processo con acido solforico.

In tempi più recenti, si sono sviluppati processi di riraffinazione degli olii usati, utilizzando processi di distillazione frazionata e altri. Alcuni processi sono volti a ottenere un prodotto da poter bruciare, così da eliminare completamente lo scarto, con un recupero di energia. Altri processi, hanno portato a prodotti riutilizzabili, dopo opportune lavorazioni, per ottenere nuovi lubrificanti. La Richiedente, in particolare, è stata molto attiva in questo settore, depositando diversi brevetti per processi di rigenerazione che hanno permesso di aumentare notevolmente le rese a prodotto utile. Sostanzialmente, questi processi consentono di ottenere basi per lubrificanti -che costituiscono il prodotto più prezioso-, bitume e per il resto si hanno sottoprodotti da smaltire e combustione per ottenere il calore necessario allo svolgimento dei processi.

Il bitume è un prodotto relativamente povero, meno costoso e dunque meno remunerativo rispetto alle basi per lubrificanti. Tuttavia, esso ha un certo mercato, specialmente per la costruzione di strade. Col brevetto italiano n° 102015000018543 e con la domanda di brevetto europeo n° 16164521.3, la Richiedente insegnava un metodo per valorizzare la frazione di bitume prodotta insieme alle basi per lubrificanti, per ottenere un prodotto di maggiore qualità, che potesse essere venduto come master batch o come base per inchiostri e simili. In questo modo, anche la frazione bituminosa è divenuta maggiormente appetibile e la sua produzione più remunerativa.

Diversi documenti brevettuali, tra cui alcuni della stessa Richiedente, riportano l'uso di centrifughe per migliorare la separazione della parte lubrificante da recuperare dalle impurezze da eliminare. In particolare, il brevetto italiano n° 102015902347524 descrive l'impiego di una centrifugazione del liquido da rigenerare, che avviene tra una fase di distillazione per evaporazione parziale e una fase distillazione in colonna a riempimento. Questa centrifugazione, unita a un vuoto ottenuto con una pompa ad anello, spinge molto la rimozione delle particelle solide contenute nell'olio di scarto, che arriva in colonna a riempimento già molto depurato, così da aumentare considerevolmente la frazione recuperata e da permettere una vita utile più lunga dei catalizzatori impiegati in questa rigenerazione. Tuttavia, nella centrifuga resta un residuo solido – le particelle cui si accennava prima- che oggi viene scartato. Dunque, il residuo della centrifuga, a oggi, rimane nella frazione da smaltire degli olii in rigenerazione e costituisce un costo e un carico per l'ambiente.

Problema alla base dell’invenzione è di proporre un processo di recupero di olii usati che superi gli inconvenienti menzionati e che consenta di spingere ulteriormente il recupero dell'olio scartato, valorizzando una parte ulteriore dello scarto (il residuo in centrifuga), oggi da smaltire, così da ridurre ulteriormente i reflui e da risultare economicamente più vantaggioso. Questo scopo viene raggiunto attraverso un processo per la valorizzazione di scarti della rigenerazione di olii usati che prevede un trattamento del residuo contenuto in almeno un separatore centrifugo, attivo in un processo di rigenerazione di olii usati, caratterizzato da ciò che detto residuo viene sottoposto a una fase di decantazione, per separare il solido dal liquido e da ciò che detto solido viene sottoposto a una fase di essiccazione. In base a un secondo aspetto, la presente invenzione si riferisce a un impianto per la rigenerazione degli olii usati, comprendente almeno un separatore centrifugo, una colonna di distillazione frazionata e un'unità di raffinazione con idrogeno, caratterizzato da ciò che, a valle dell'uscita dello scarto di detto separatore centrifugo, comprende almeno un decantatore e un essiccatore. In base a un terzo aspetto, la presente invenzione si riferisce a un bitume, ottenuto come coda di distillazione frazionata in un processo per la rigenerazione di olii usati, caratterizzato da ciò che gli viene aggiunto un residuo solido di una fase di separazione centrifuga, trattato in un processo come descritto nel primo aspetto della presente invenzione. Le rivendicazioni subordinate descrivono caratteristiche preferenziali dell’invenzione.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risultano, comunque, meglio evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una forma di esecuzione preferita, data a puro titolo esemplificativo e non limitativo ed illustrata nei disegni allegati, nei quali:

fig. 1 rappresenta uno schema a blocchi di un impianto per la rigenerazione degli olii usati, entro il quale può essere messa in opera la presente invenzione; e

fig. 2 rappresenta un dettaglio di fig. 1.

In base a fig. 1, l'olio usato da rigenerare -contenente molte impurezze di diverso tipo- entra dall'entrata 1 e viene alimentato a una colonna 2 di distillazione per evaporazione parziale. Eventualmente, all'olio da rigenerare può essere addizionata una base, preferibilmente una base forte, come idrossido di sodio e/o, preferibilmente, di potassio, per rimuovere sostanze acide che inquinano l'olio da rigenerare. Nella colonna 2, la temperatura viene mantenuta al disopra della temperatura di ebollizione dell'acqua -preferibilmente a 130-140 °C, a una pressione di circa 250 torr- e si ha la separazione di una fase acquosa, comprendente acqua già presente nello scarto alimentato in 1, acqua entro cui era sciolta la base forte e acqua formata dalla reazione della base con le sostanze spurie presenti nell'olio, che esce dalla colonna 2 come vapore, contenente prodotti leggeri di scissione dell'olio dall'uscita 3. Dall'uscita 4 esce, invece, l'olio che deve subire gli ulteriori trattamenti di rigenerazione. L'olio viene così alimentato a un separatore centrifugo 5, nel quale l'olio che deve proseguire la propria rigenerazione viene separato da sedimenti, per lo più solidi in sospensione, costituiti da sostanze carboniose che sono dannose per i meccanismi da lubrificare. Il separatore centrifugo prevede una turbina che ha una velocità di rotazione di 5.000-6.000 giri al minuto. A seguito della separazione nel separatore centrifugo 5, la parte di olio da rigenerare esce dalla conduttura 6, mentre il materiale solido -residuo- viene asportato tramite la conduttura 7.

La conduttura 6 alimenta uno scambiatore di calore 8 (per esempio, un forno), dove la temperatura dell'olio viene portata a un valore adatto alla successiva distillazione frazionata, che avviene nella colonna 9, alla quale viene alimentato dalla conduttura 10. Tale temperatura è al disopra dei 300 °C, preferibilmente compresa fra 300 e 400 °C. Le frazioni di prodotto utile escono dalla colonna 9 attraverso le condutture 11-14 e vengono alimentate a un reattore 15 di raffinazione con idrogeno, dal quale, dopo il trattamento di raffinazione con idrogeno, a una temperatura compresa fra 280 e 360 °C, a una pressione compresa fra 50 e 120 bar, escono in 16 come basi per lubrificanti, pronte per essere trattate dal produttore assieme alle frazioni petrolifere fresche, per essere reimmesse in commercio nelle formulazioni desiderate.

La coda della colonna 9 esce dalla conduttura 17 ed è costituita essenzialmente da bitume, da riutilizzarsi per usi meno nobili, come l'asfaltatura di strade e l'impermeabilizzazione di tetti.

La conduttura 7 in uscita dal separatore centrifugo 5 alimenta lo scarto del separatore 5 a un'unità 18 di decantazione ed essiccazione, da cui esce in 19 il solido trattato, pronto a miscelarsi con il bitume alimentato dalla conduttura 17, proveniente dalla colonna di distillazione frazionata 9. Contrariamente a quanto avviene col solido quale esce direttamente come scarto dai separatori centrifughi 5, si è scoperto che il solido trattato secondo la presente invenzione è perfettamente miscibile col bitume e conferisce a quest'ultimo proprietà utili, fino a oggi neppure ipotizzabili.

La fig. 2 mostra più in dettaglio la parte di trattamento del residuo solido, vero cuore della presente invenzione.

La conduttura 7 porta il materiale da valorizzare a un decantatore 20, di tipo di per sé noto. La parte di sfioro del contenuto del decantatore 20, contenente per lo più acqua, viene prelevata e inviata attraverso la conduttura 21 all'unità di trattamento delle acque effluenti, per essere trattata in modo noto e scaricata in fogna. In questo modo, si rimuove dal solido il grosso dell'acqua che rende oggi questi solidi immiscibili col bitume. La parte di fondo, più pesante e viscosa, viene scaricata dal decantatore 20 su un nastro trasportatore 22. Sul nastro trasportatore 22 agiscono dispositivi di essiccazione 23. In sostanza, l'unità 18 di decantazione ed essiccazione comprende un decantatore 20 e un essiccatore. Detto essiccatore comprende preferibilmente un nastro trasportatore 22 e uno o più dispositivi di essiccazione 23. Tali dispositivi di essiccazione 23 possono essere di vari tipi. Si può procedere sottoponendo il nastro trasportatore 22 all'azione di un vuoto o di aria calda, si può prevedere una fase di desorbimento con vapore, con aria o con azoto o altro gas inerte. Detta fase di essiccazione avviene a una temperatura preferibilmente compresa fra 50 °C e 300 °C, preferibilmente fra 80 e 280 °C, in maniera ulteriormente preferita fra 110 e 180 °C, così da non alterare la composizione del solido, pur rimuovendo efficacemente l'acqua da esso. Detta fase di essiccazione avviene preferibilmente a una pressione variabile fra 10 e 450 torr, in maniera ulteriormente preferita fra 50 e 800 torr, in maniera massimamente preferita fra 200 e 450 torr, così da accelerare ulteriormente la rimozione di acqua come vapore. Man mano che il nastro trasportatore 22 porta avanti il materiale proveniente dal decantatore 20 nella direzione della freccia F, il materiale perderà acqua, disidratandosi gradualmente. Al termine della corsa del nastro trasportatore 22, il materiale, divenuto secco, viene scaricato con la conduttura 19. Essa, come si vede in fig. 1, si riunisce poi con la conduttura 17: il materiale contenuto nella conduttura 19, dopo aver subito il trattamento appena descritto, è in grado di essere perfettamente miscelato col bitume in uscita nella conduttura 17 -contrariamente a quanto avveniva prima- e viene, pertanto, riunito con esso e avviato alla vendita come bitume, frazione meno pregiata di quella delle basi per lubrificanti, ma comunque vendibile e che non richiede un ulteriore trattamento per il suo smaltimento e, grazie al trattamento secondo la presente invenzione, più pregiato del bitume tal quale. In questo modo, una frazione finora da scartare -coi costi a ciò correlati- del materiale da rigenerare diventa ora parte di una frazione vendibile, per giunta nobilitata, così da comportare un beneficio sia economico che ecologico. Preferibilmente, nel punto di riunione fra le condutture 17 e 19 è previsto un miscelatore per rendere perfettamente omogeneo il bitume prodotto finale.

Il bitume che si ottiene secondo la presente invenzione può essere a buon diritto chiamato “bitume ecologico”, dato che permette una netta riduzione dello scarto finale, che sarebbe da eliminare con un impatto ambientale non trascurabile. S’intende comunque che l’invenzione non deve considerarsi limitata alla particolare disposizione illustrata sopra, che costituisce soltanto una forma di esecuzione esemplificativa di essa, ma che diverse varianti sono possibili, tutte alla portata di un tecnico del ramo, senza per questo uscire dall’ambito di protezione dell’invenzione stessa, come definito dalle rivendicazioni che seguono.

In particolare, la presente invenzione si estende al caso in cui la separazione centrifuga avvenga su più flussi parzializzati. In questo caso, sono previsti più separatori centrifughi 5, operanti in parallelo. Analogamente, l'unità 18 di decantazione ed essiccazione può comprendere più decantatori 20, operanti in parallelo.

ELENCO DEI CARATTERI DI RIFERIMENTO

1 Entrata

2 Colonna di distillazione per evaporazione parziale 3 Uscita (di 2)

4 Uscita (di 3)

5 Separatore centrifugo

6 Conduttura

7 Conduttura

8 Scambiatore di calore

9 Colonna di distillazione frazionata

10 Conduttura di alimentazione (di 9)

11 Conduttura

12 Conduttura

13 Conduttura

14 Conduttura

15 Reattore di raffinazione con idrogeno

16 Uscita (di 15)

17 Conduttura bitume

18 Unità di decantazione ed essiccazione

19 Conduttura bitume

20 Decantatore (di 18)

21 Conduttura

22 Nastro trasportatore

23 Dispositivi di essiccazione (di 18)

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Processo per la valorizzazione di scarti della rigenerazione di olii usati che prevede un trattamento del residuo contenuto in almeno un separatore centrifugo (5), attivo in un processo di rigenerazione di olii usati, caratterizzato da ciò che detto residuo viene sottoposto a una fase di decantazione, per separare il solido dal liquido e da ciò che detto solido viene sottoposto a una fase di essiccazione.
2) Processo come in 1), caratterizzato da ciò che detto separatore centrifugo (5) prevede una turbina che ha una velocità compresa fra 5.000 e 6.000 giri/min.
3) Processo come in 1) o in 2), caratterizzato da ciò che detta fase di essiccazione avviene a una temperatura compresa fra 50 °C e 300 °C.
4) Processo come in 3), caratterizzato da ciò che detta temperatura è compresa fra 80 e 280 °C.
5) Processo come in 3) o in 4), caratterizzato da ciò che detta temperatura è compresa preferita fra 110 e 180 °C.
6) Processo come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ciò che detta fase di essiccazione avviene a una pressione variabile fra 10 e 450 torr.
7) Processo come in 6), caratterizzato da ciò che la pressione è compresa fra 50 e 800 torr.
8) Processo come in 6) o in 7), caratterizzato da ciò che la pressione è compresa fra 200 e 450 torr.
9) Impianto per la rigenerazione degli olii usati, comprendente almeno un separatore centrifugo (5), una colonna (9) di distillazione frazionata e un'unità (15) di raffinazione con idrogeno, caratterizzato da ciò che, a valle dell'uscita dello scarto di detto separatore centrifugo (5), comprende almeno un decantatore (20) e un essiccatore (22; 23).
10) Impianto come in 9), caratterizzato da ciò che detto essiccatore comprende un nastro trasportatore (22) e uno o più dispositivi di essiccazione (23).
11) Impianto come in 10), caratterizzato da ciò che detti dispositivi di essiccazione (23) sottopongono il nastro trasportatore (22) all'azione di un vuoto, di aria calda, di un desorbimento con vapore, con aria o con azoto o altro gas inerte.
12) Impianto come in una qualsiasi delle rivendicazioni 9) a 11), caratterizzato da ciò che sono previsti più separatori centrifughi (5), operanti in parallelo.
13) Impianto come in una qualsiasi delle rivendicazioni 9) a 12), caratterizzato da ciò che sono previsti più decantatori (20), operanti in parallelo.
14) Bitume, ottenuto come coda di distillazione frazionata in un processo per la rigenerazione di olii usati, caratterizzato da ciò che gli viene aggiunto un residuo solido di una fase di separazione centrifuga, trattato in un processo come in una qualsiasi delle rivendicazioni 1) a 8).