IT202000016126A1

IT202000016126A1 - Colonna di distillazione ausiliaria e suo uso

Info

Publication number: IT202000016126A1
Application number: IT102020000016126A
Authority: IT
Inventors: Francesco Gallo; Oscar Pelis; Alessandro Quaglia; Aldo Roldi
Original assignee: Itelyum Regeneration S P A
Priority date: 2020-07-03
Filing date: 2020-07-03
Publication date: 2022-01-03
Also published as: US20240084202A1; CA3120587A1; US20220049164A1; EP3932511A1

Description

COLONNA DI DISTILLAZIONE AUSILIARIA E SUO USO

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce a una colonna di distillazione ausiliaria e al suo uso, in particolare in un processo e in un impianto per la rigenerazione di olii usati.

La distillazione ? un processo ampiamente noto, anche a molti profani, da moltissimo tempo, dato che sembra che venisse usata in Mesopotamia gi? fra il VII e il VI secolo avanti Cristo. E' noto che gli Egiziani la usassero per ricavare essenze e profumi intorno al 4000 avanti Cristo, mentre la produzione di bevande ha cenni storici risalenti alla fine del medioevo, presso le scuole di Salerno, Montpellier e Toledo, dove si inizi? la produzione di grappa a scopi inizialmente solo digestivi.

La distillazione, in termini pi? scientifici, ? un processo di separazione di due o pi? sostanze in miscela allo stato liquido. Essa consiste nel fornire calore alla miscela, facendone aumentare la temperatura, fino al punto di ebollizione del liquido che presenta il pi? basso. A quel punto, la temperatura smette di aumentare e rimane stazionaria, si inizia l'ebollizione e la sostanza pi? basso bollente evapora, lasciando la miscela. I vapori vengono asportati dall'ambiente dove si formano, incanalati e raffreddati, ottenendo la condensazione del liquido, a questo punto di elevata purezza.

Una volta che la sostanza di pi? basso punto di ebollizione sia stata completamente rimossa, la temperatura della miscela riprende a salire, fino a raggiungere il punto di ebollizione della seconda sostanza pi? basso bollente, inizia l'ebollizione di questa, la temperatura si arresta nuovamente, vengono raccolti i vapori di questa seconda sostanza e vengono condensati e cos? via, fino ad aver rimosso dalla miscela tutti i componenti che si volevano allontanare.

Un esempio tipico di distillazione ? proprio quello per le soluzioni idroalcooliche. Se si pone del vino o della birra in una storta, la temperatura viene dapprima portata a 64,7 ?C. Si ha cos? l'ebollizione del metanolo. I vapori vengono raffreddati e il metanolo ottenuto viene scartato. Poi, una volta che tutto il metanolo sia stato rimosso, la temperatura torna ad aumentare di nuovo e si porta a 78,1 ?C, dove si ha l'ebollizione della miscela etanolo 95% - acqua 5%, che viene rimossa dalla miscela originale. I vapori di etanolo vengono condensati e il condensato viene raccolto per l'uso. Quando non vi sia pi? etanolo in miscela, la temperatura riprende a salire fino a 100 ?C, dove si ha l'evaporazione dell'acqua.

L'esempio appena visto ? un esempio semplice di distillazione, ma che introduce uno dei problemi di questa pratica: non ? possibile ottenere etanolo privo di acqua per semplice distillazione, visto che la miscela etanolo-acqua 95:5 ha il punto di ebollizione pi? basso di entrambi i suoi costituenti e viene definita ?miscela azeotropica?. La separazione di miscele azeotropiche ? uno dei problemi che pu? sorgere nella pratica della distillazione e ha richiesto di mettere in pratica soluzioni pi? complesse, che permettessero di superare l'ostacolo.

Bench? si sia partiti dalla preparazione di superalcoolici e alcool puro, la distillazione viene ampiamente usata anche in altri settori, come nella petrolchimica ed ? noto il procedimento di distillazione frazionata del petrolio, che d? origine alle frazioni di carburanti e alle materie prime per l'industria chimica organica.

Fra i prodotti della petrolchimica si trovano anche i lubrificanti, come gli olii per il motore o per le macchine utensili. Anche essi vengono normalmente prodotti partendo dal petrolio e distillandolo, poi le frazioni di interesse vengono ulteriormente trattate per conferire ai lubrificanti le propriet? fisiche e chimico-fisiche necessarie per le prestazioni desiderate.

Come ? noto, i lubrificanti con l'uso si deteriorano, visto che i movimenti fra le parti in cui sono coinvolti sono legati ad attriti comunque considerevoli anche in presenza di lubrificazione, con sviluppo di calore e conseguenti reazioni di disidratazione, deidrogenazione, frattura, condensazione, ricombinazione e simili. Questa situazione fa s? che la composizione chimica dei lubrificanti cambi nel tempo, anche notevolmente. Inoltre, particelle solide, metalliche o polimeriche, possono raccogliersi nel lubrificante per distacco dovuto alla graffiatura delle pareti delle macchine. Tutto questo provoca il deterioramento delle prestazioni col tempo e, a lungo andare, l'uso del lubrificante, ormai modificato, pu? addirittura risultare dannoso per le macchine in cui viene usato.

E' necessario, allora, per ripristinare una buona lubrificazione, arrestare temporaneamente le macchine e sostituire il lubrificante usato con lubrificante fresco. Il lubrificante usato ? nocivo per l'ambiente, essendo costituito da sostanze tossiche e di degradazione lenta. Per questo motivo, gi? da molto tempo, ? obbligatorio raccogliere i lubrificanti usati e conferirli ai consorzi obbligatori, per evitare lo smaltimento improprio e l'inquinamento di suolo e falde.

Lo smaltimento di questi olii usati, anche raccolti regolarmente dai consorzi, ? un problema che ? stato affrontato nel tempo in modi anche piuttosto diversi fra loro. In un primo momento, l'olio venne bruciato in vario modo, per eliminarlo. Tuttavia, questa soluzione presenta due inconvenienti: crea gas serra (quando non anche tossici) e non consente di valorizzare lo scarto. Per questo motivo, vennero messe a punto soluzioni che prevedono il recupero dell'olio usato, eliminando tutto quello che ne riduce la qualit? e ottenendo basi per lubrificanti, da trattare poi per ottenere nuovamente lubrificanti con le prestazioni desiderate, e bitume, che pu? avere diversi usi, a seconda della sua qualit?.

Fra i processi per il recupero e la valorizzazione degli olii usati, una buona parte -alcuni dei quali brevettati dalla presente Richiedente- prevedono fasi di distillazione, a vaporizzazione parziale o in colonna a riempimento, talora gestita a pressione ridotta o, addirittura, sotto vuoto. Il problema legato a questa colonna a riempimento ? che, a causa delle impurezze contenute nell'olio da rigenerare, essa pu? intasarsi, dando notevoli perdite di carico e rendendo, a un certo punto, impossibile la distillazione, bloccando infine il fluido nelle condutture di processo. Questo obbliga ad arrestare l'impianto, ripulire la colonna di distillazione a riempimento, eventualmente sostituire il riempimento e riavviare l'impianto; tutto ci? comporta notevoli problemi, riducendo la produttivit? dell'impianto, diminuendone l'efficienza energetica e danneggiando le componenti dell'impianto entro cui il processo viene condotto. Non solo, ma, anche prima di giungere a un intasamento che costringa all'arresto del processo, l'accumulo di sostanze intasanti comincia a opporsi al passaggio dei fluidi di processo, aumentando notevolmente i consumi energetici a parit? di resa.

Problema alla base dell?invenzione ? di proporre una colonna di distillazione che superi gli inconvenienti menzionati e che consenta di evitare l'intasamento e il fermo impianto per pulitura della colonna ed eventuale sostituzione del riempimento. Questo scopo viene raggiunto attraverso una colonna di distillazione ausiliaria, collegata a un impianto in cui ? presente una colonna di distillazione principale, caratterizzata da ci? che tale collegamento avviene tramite derivazioni delle condutture che alimentano detta colonna principale, le quali derivazioni presentano mezzi di arresto del fluido che permettono l'alimentazione di detta colonna ausiliaria quando le perdite di carico a valle della colonna principale superano un valore di soglia predeterminato. La presente invenzione, in base a un secondo aspetto, si riferisce a un impianto per la rigenerazione di olii usati, comprendente una colonna di distillazione (1), caratterizzato da ci? che comprende inoltre una colonna ausiliaria (2) di distillazione come definita sopra. 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 nel disegno allegato, che rappresenta la parte di un impianto comprendente una colonna di distillazione, in base a una forma d'esecuzione preferita della presente invenzione.

La figura allegata rappresenta una porzione di un generico impianto chimico o petrolchimico. In base a tale rappresentazione, l'impianto comprende una colonna di distillazione 1 e, secondo la presente invenzione, una colonna di distillazione ausiliaria 2; in base a una forma d'esecuzione preferita, la colonna 2 presenta un volume minore di quello della colonna 1 di distillazione principale, dato che il suo intervento ? previsto come temporaneo.

Alla colonna 1 viene alimentata una miscela da separare, nel flusso 3. La colonna 1 pu? essere una colonna di qualsiasi tipo: a piatti, a vaporizzazione parziale, a riempimento. Preferibilmente, si tratta di una colonna a riempimento o di una colonna a piatti, quest'ultima rendendo pi? facile la misurazione e la valutazione delle perdite di carico.

Dalla colonna 1 escono diversi flussi, 4, 5, 6, 7 e, in testa alla colonna, uno scarico di prodotto di testa 8.

I flussi 4-6 vengono gestiti grazie a rispettivi pompe o compressori 9-12.

Andando ad analizzare i singoli flussi, i percorsi sono come descritti nel seguito.

Il flusso 4 viene alimentato a una pompa o a un compressore 9. L'uscita 13 dalla pompa 9 subisce una derivazione con un flusso 14, che prevede sul suo percorso una valvola di intercettazione 15, la quale apre al flusso 14 un riciclo sul fondo della colonna 1. Il flusso 13 va alle fasi ulteriori di processo, relative al prodotto contenuto nello stesso flusso 13.

Il flusso 5 viene alimentato a una pompa o a un compressore 10. Il flusso 16 in uscita dalla pompa 10 viene alimentato alla colonna ausiliaria 2.

Il flusso 6 viene parzializzato in due flussi, rispettivamente 17 e 18. Il flusso 17 viene alimentato a una pompa o a un compressore 11, che ha come uscita il flusso 19, che rientra come riciclo nella colonna 1. Il flusso 18 viene alimentato a una pompa o a un compressore 12, che lo alimenta a uno scambiatore di calore 20. Dallo scambiatore 20 escono due flussi. Il primo flusso, 21, rientra nella colonna 1 direttamente, alla temperatura ottenuta grazie allo scambio termico con lo scambiatore 20. Il secondo flusso, 22, viene alimentato a un secondo scambiatore 23 che lo porta a una temperatura pi? alta e lo ricicla alla colonna 1, in una posizione pi? alta del flusso 21. Tornando al flusso 19, in uscita dalla pompa 11, esso viene parzializzato e, oltre al flusso 19, riciclato, come si ? visto, nella colonna 1, si ha un secondo flusso 24. Il flusso 24 viene parzializzato in due flussi 25 e 26, rispettivamente dotati di una valvola di intercettazione 27 e 28. Il flusso 26 viene recuperato come prodotto, mentre il flusso 25 viene alimentato alla colonna 2. La colonna 2 ? preferibilmente, dello stesso tipo della colonna 1 (cos? da non richiedere una ritaratura deli parametri di esercizio) e comporta uscite 29, 30 e 31. Un'altra uscita 32 prevede una valvola di intercettazione 33 e va a riunirsi al flusso 13. Infine, un'uscita 34, controllata da una valvola di intercettazione 35, manda un flusso in uscita dalla colonna 2 a riunirsi col flusso 4. Da quanto precede, si desume facilmente che detti mezzi di arresto del fluido sono le valvole di intercettazione 28, 33 e 35.

Durante il funzionamento normale, l'olio da rigenerare viene alimentato in 3 alla colonna 1. La distillazione frazionata porta a una serie di frazioni di diverso peso e, dunque, con diverso punto di ebollizione, parte avviate verso il recupero come prodotto pi? o meno nobile, parte riciclate. Normalmente, la colonna 1 ? in grado di distillare, in modo noto, le frazioni di olio in modo normale.

Secondo la presente invenzione, la differenza di pressione fra entrata e uscita del liquido in distillazione viene misurata in continuo e confrontata con una soglia dedicata. Preferibilmente, detta soglia ? compresa in un intervallo fra 2 e 100 torr (da 266,64 a 13 332,2 Pa), pi? preferibilmente fra 5 e 50 torr (da 666,61 a 6.666,1 Pa), nel modo massimamente preferito da 7 a 15 torr (da 933,25 a 1.999,83 Pa); in questo modo, non viene peggiorata la qualit? dei prodotti, a causa dell'intasamento della colonna 1. La misurazione di detta differenza di pressione pu? essere eseguita in diversi punti, per esempio all'entrata della colonna 1 e in corrispondenza di una delle uscite, oppure su uno dei piatti della colonna 1 o in qualsiasi altro punto di riferimento.

Fino a quando la differenza di pressione misurata ? al disotto di detta soglia, la colonna 1 funziona da sola per continuare la distillazione e la colonna ausiliaria 2 resta inattiva. Quando la differenza di pressione sale al disopra della soglia prestabilita, segno di un intasamento che avanza, entra in funzione la colonna ausiliaria 2, cos? da poter mantenere l'impianto in pieno esercizio. Si aprono le valvole 27, 33 e 35 e la colonna 2 viene attivata. Il flusso 16 e il flusso 25 entrano nella colonna 2 e viene avviata la loro separazione per distillazione. Dalla colonna 2 escono i flussi 29, 30 e 31, che vengono avviati direttamente al recupero dei prodotti. Il flusso 32 si riunisce, invece, al flusso 13, mentre il flusso 34 si riunisce al flusso 4, per dare i flussi 13 e 14. Vantaggiosamente, la colonna 2 ausiliaria opera a una pressione di 2.000-3.500 Pa.

La colonna 1 viene cos? disattivata e si pu? provvedere alla sua rigenerazione, in modo di per s? noto, rimuovendo tutto il materiale di intaso, mentre la colonna 2 prosegue per questo tempo la separazione desiderata per il processo.

In base a una forma d'esecuzione preferita della presente invenzione, alla colonna 2 ausiliaria ? associata una pompa ad anello di liquido, atta a mantenere il vuoto in testa alla colonna 2, senza aumentare eccessivamente i consumi energetici complessivi.

Una volta eseguita la rigenerazione, la colonna 1 viene riavviata e la misurazione della differenza di pressione dar? un valore inferiore a quello soglia. In questo modo, le valvole 27, 33 e 35 vengono chiuse e la colonna 2 smette di lavorare, lasciando il compito alla sola colonna 1.

A questo punto, pu? essere opportuno ripulire la colonna 2, in modo da tenerla pronta per eventuali nuovi interventi, senza il rischio di trovare anche essa intasata e di dover comunque fermare l'impianto, inficiando gli effetti straordinari della presente invenzione.

In questo modo, ? possibile evitare di arrestare forzatamente l'impianto, riducendo cos? perdite di energia e di materiale, lavorando sempre in condizioni ottimali di flusso e di consumo energetico e mantenendo inalterata la qualit? dei prodotti. La colonna 2, come si ? visto, pu? essere dimensionata pi? piccola, dato che il lavoro viene normalmente svolto per periodi di tempo molto brevi. Una buona disposizione dei collegamenti fra la colonna ausiliaria 2 e il resto dell'impianto, permette di ridurre al minimo l'aumento dei consumi legati all'esercizio della colonna 2, utilizzando l'energia prodotta ancillarmente nei vari stadi del processo o sfruttando per il proprio funzionamento apparecchiature gi? in uso.

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.

ELENCO CARATTERI DI RIFERIMENTO

1 Colonna di distillazione primaria 2 Colonna di distillazione ausiliaria 3 Flusso di alimentazione (di 1) 4 Flusso in uscita (da 1)

5 Flusso in uscita (da 1)

6 Flusso in uscita (da 1)

7 Flusso in uscita (da 1)

8 Flusso prodotto di testa (da 1) 9 Pompa o compressore

10 Pompa o compressore

11 Pompa o compressore

12 Pompa o compressore

13 Flusso in uscita (da 9)

14 Flusso

15 Valvola di intercettazione (di 14) 16 Flusso in uscita (da 10)

17 Flusso

18 Flusso

19 Flusso in uscita (da 11)

20 Scambiatore di calore

21 Punto di riciclo (in 1)

22 Flusso in uscita (da 20)

23 Scambiatore di calore

24 Flusso

25 Flusso

26 Flusso

27 Valvola di intercettazione (di 25) 28 Valvola di intercettazione (di 26) 29 Flusso in uscita (da 2)

30 Flusso in uscita (da 2)

31 Flusso in uscita (da 2)

32 Flusso

33 Valvola di intercettazione (di 32) 34 Flusso in uscita (da 2)

35 Valvola di intercettazione (di 34)

Claims

RIVENDICAZIONI

1) Colonna (2) di distillazione ausiliaria, collegata a un impianto in cui ? presente una colonna (1) di distillazione principale, caratterizzata da ci? che tale collegamento avviene tramite derivazioni delle condutture che alimentano detta colonna principale, le quali derivazioni presentano mezzi di arresto del fluido che permettono l'alimentazione di detta colonna ausiliaria quando le perdite di carico a valle della colonna principale superano un valore di soglia predeterminato.

2) Colonna (2) come in 1), caratterizzata da ci? che presenta un volume minore di quello della colonna (1) di distillazione principale.

3) Colonna (2) come in 1) o in 2), caratterizzata da ci? che detti mezzi di arresto del fluido sono valvole di intercettazione (28; 33; 35).

4) Procedimento di utilizzo di una colonna (2) come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata da c? che la differenza di pressione fra entrata e uscita del liquido in distillazione viene misurata in continuo e confrontata con una soglia dedicata.

5) Procedimento come in 4), caratterizzato da ci? che detta soglia ? compresa in un intervallo fra 2 e 100 torr (da 266,64 a 13 332,2 Pa).

6) Procedimento come in 5), caratterizzato da ci? che detta soglia ? compresa in un intervallo fra 5 e 50 torr (da 666,61 a 6.666,1 Pa).

7) Procedimento come in 5) e in 6), caratterizzato da ci? che detta soglia ? compresa in un intervallo da 7 a 15 torr (da 933,25 a 1.999,83 Pa).

8) Impianto per la rigenerazione di olii usati, comprendente una colonna di distillazione (1), caratterizzato da ci? che comprende inoltre una colonna ausiliaria (2) di distillazione come in una qualsiasi delle rivendicazioni 1) a 3).

9) Impianto come in 8), caratterizzato da ci? che alla colonna (2) ausiliaria ? associata una pompa ad anello di liquido per il mantenimento del vuoto al suo interno.