IT202000028073A1 - Impianto per il trattamento termico di rifiuti solidi urbani - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'Invenzione Industriale dal titolo: ?Impianto per il trattamento termico di rifiuti solidi urbani?

DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un impianto per il trattamento termico di rifiuti solidi urbani comprendente un reattore avente una camera di trattamento, un agitatore interno previsto nella detta camera, e mezzi di riscaldamento della detta camera, la quale camera ? provvista di almeno una apertura di ingresso per i detti rifiuti e di almeno un?apertura di uscita del materiale trattato.

? ben noto il problema determinato dai rifiuti solidi urbani e pi? in particolare dal loro smaltimento. Questi rifiuti contengono materiali organici, legno, carta, tessili, metalli, vetro, inerti, ecc.

Questi componenti possono essere vantaggiosamente recuperati e riciclati.

Collegata a questa stessa situazione vi ? la necessit? di sterilizzazione del materiale trattato eventualmente recuperato nonch? l?eventuale deodorizzazione dello stesso.

Scopo della presente invenzione ? quello di mettere a punto un procedimento semplice ed economico per il trattamento di rifiuti solidi urbani mediante un impianto di semplice costruzione e manutenzione.

Conseguente primario scopo ? quello di mettere a punto un impianto che consenta il recupero delle frazioni utili e riciclabili degli stessi rifiuti urbani. Un ulteriore scopo dell?invenzione ? consentire una riduzione dei consumi energetici e dei tempi necessari al trattamento termico efficace dei rifiuti.

La presente invenzione mira al raggiungimento degli scopi suddetti con un impianto come descritto all?inizio, in cui inoltre la detta camera ? delimitata da una o pi? pareti metalliche e i detti mezzi di riscaldamento sono del tipo ad induzione magnetica e/o comprendono una o pi? resistenze elettriche e/o comprendono mezzi di generazione ed immissione nella camera di vapore saturo secco.

Il riscaldamento a induzione ? un metodo rapido, efficiente, preciso, ripetibile e libero da contatto per riscaldare i metalli o altri materiali elettricamente conduttivi. Il riscaldamento a induzione ? intrinsecamente sicuro poich? privo di fiamme libere. Il riscaldamento ad induzione utilizza due fenomeni differenti. Il primo fenomeno consiste nelle correnti parassite generate dalle perdite della resistivit? del materiale metallico. Il secondo fenomeno consiste nel riscaldamento per isteresi, in cui l?energia all?interno del materiale metallico viene generata dal campo magnetico alternato creato da una bobina, che cambia la polarit? magnetica del materiale metallico stesso.

? stato calcolato che, a parit? di condizioni geometriche del reattore, un riscaldamento ad induzione raggiunge un?efficienza vicina al 94% rispetto al 60-70% garantito da sistemi di riscaldamento tradizionali, ad esempio mediante olio diatermico riscaldato. Ci? si traduce in minori consumi energetici e in una drastica riduzione dei tempi di trattamento. Ci? ? di primaria importanza soprattutto in impianti multilinea, in cui pi? reattori sono fatti funzionare in parallelo, dove si vuole il pi? possibile evitare un fermo macchina per effettuare manutenzione ordinaria o straordinaria.

Simili prestazioni sono raggiungibili anche con il riscaldamento mediante resistenze elettriche e/o mediante immissione nella camera di trattamento di vapore saturo secco.

In un esempio esecutivo, i detti mezzi di riscaldamento comprendono bobine magnetiche applicate su almeno parte della superficie esterna delle dette pareti metalliche.

In questo modo si evita la necessit? di veicolare fluidi di riscaldamento attorno alla camera di trattamento, ad esempio mediante serpentine o intercapedini stagne. Grazie a questo accorgimento si supera ad esempio la necessit? di prevedere un circuito di circolazione di olio diatermico di trattamento termico, come utilizzato in genere in impianti noti allo stato dell?arte, con un risparmio complessivo di costi di fabbricazione, installazione e manutenzione.

Secondo una forma esecutiva le dette pareti identificano un corpo cilindrico provvisto di un portellone a tenuta.

In un?ulteriore forma esecutiva le dette bobine sono applicate unicamente nella parte inferiore del detto corpo cilindrico.

Grazie all?agitatore interno il materiale viene movimentato all?interno della camera di trattamento, pertanto i mezzi di riscaldamento ad induzione consentono il trattamento termico di tutto il materiale senza necessit? di essere disposti su tutta la superficie del corpo del reattore. Il calore viene infatti irradiato in maniera omogenea in tutta la camera di trattamento.

In una forma esecutiva alternativa adatta a reattori di dimensioni pi? significative le bobine sono applicate anche sulle pareti laterali del detto corpo cilindrico.

Secondo un esempio esecutivo il detto corpo cilindrico ? disposto con il proprio asse longitudinale orizzontale e la detta apertura di uscita del materiale trattato ? prevista inferiormente.

Ci? si rivela particolarmente vantaggioso nella fase di espulsione del materiale trattato in cui l?agitatore interno ? coadiuvato dalla forza di gravit? per il convogliamento del materiale trattato verso l?apertura di uscita e per l?espulsione attraverso di essa.

In una forma esecutiva sono previsti mezzi di aspirazione del vapore dalla camera di trattamento, i quali mezzi di aspirazione sono configurati per la creazione di una depressione all?interno della detta camera.

Viene pertanto creato il vuoto nella camera di trattamento per l?estrazione di vapore dal materiale ivi contenuto. Il materiale, in questo modo, va incontro a una riduzione di circa il 50% di peso e volume rispetto allo stato iniziale in cui viene immesso nel reattore.

I mezzi di riscaldamento possono utilizzare in combinazione un riscaldamento ad induzione magnetica e un riscaldamento mediante vapore saturo secco immesso direttamente a contatto con il materiale da trattare. ? possibile cos? impostare un trattamento termico unicamente ad induzione magnetica oppure combinato ad induzione magnetica e con immissione di vapore saturo secco. Nel caso di materiale di tipo qualificato solo organico di provenienza dalla raccolta differenziata ? possibile utilizzare unicamente l?induzione magnetica, mentre nel caso di rifiuti da raccolta indifferenziata ? possibile valutare un utilizzo combinato di induzione magnetica e vapore saturo secco sulla base della tipologia di rifiuti. Nel caso di rifiuti contenenti contenitori contaminati da residui oleosi, ad esempio, l?utilizzo di vapore saturo secco pu? risultare determinante per una efficace separazione delle differenti componenti.

In un?altra forma esecutiva i mezzi di aspirazione del vapore dalla camera di trattamento ed i mezzi di generazione di vapore saturo secco sono collegati ad un medesimo circuito, il quale circuito comprende mezzi sterilizzatori del vapore estratto dalla camera di trattamento e uno scambiatore di calore per la condensazione del detto vapore.

Si forma in questo modo un circuito chiuso di ricircolo dell?acqua di trattamento che consente la formazione di vapore saturo secco, il trattamento del vapore estratto mediante il vuoto ed il recupero dell?acqua mediante condensazione per iniziare nuovamente il ciclo. Preferibilmente il circuito ? posto in comunicazione con la camera di trattamento con condotti dedicati e distinti rispettivamente per l?immissione di vapore saturo secco e per l?aspirazione del vapore e la creazione del vuoto. Ci? risulta particolarmente vantaggioso in presenza di contaminanti, come ad esempio residui oleosi, che potrebbero mischiarsi con il vapore saturo secco immesso nella camera se si utilizzasse un medesimo condotto sia per l?aspirazione dalla camera sia per l?immissione nella stessa.

Oggetto della presente invenzione ? inoltre un procedimento per il trattamento termico di rifiuti solidi urbani comprendente i seguenti passi:

a) immissione dei detti rifiuti in un reattore; b) riscaldamento del detto reattore mediante induzione magnetica e/o mediante una o pi? resistenze elettriche e/o mediante generazione ed immissione nella camera di vapore saturo secco;

c) scarico del materiale trattato.

In una forma esecutiva preferita il procedimento prevede l?immissione nella camera di trattamento unicamente di frazione organico-cellulosica. In alternativa ? possibile inserire rifiuto urbano generico tal quale.

In un esempio esecutivo ? previsto il rimescolamento del materiale all?interno della camera di trattamento.

In un ulteriore esempio esecutivo ? prevista una formazione del vuoto all?interno della camera di trattamento, per l?estrazione dei vapori dal materiale nella camera.

Il vuoto pu? essere creato a seguito del riscaldamento, ossia a riscaldamento completato, oppure durante la fase di riscaldamento, in particolare durante tutta la fase di riscaldamento o, vantaggiosamente, durante una parte finale della fase di riscaldamento. La fase di formazione del vuoto pu? essere in questo modo successiva, contestuale o semicontestuale rispetto alla fase di riscaldamento.

Il contenuto di acqua del materiale deve essere ridotto ad un massimo del 5% in peso. Iniziando la formazione del vuoto durante la fase di riscaldamento, ? possibile vantaggiosamente abbassare il punto di ebollizione dell?acqua e quindi estrarre lo stesso quantitativo d?acqua ad una temperatura minore, con un conseguente risparmio energetico di riscaldamento.

In un ulteriore esempio esecutivo il materiale trattato ? rimescolato e spinto verso una apertura di uscita.

In una forma esecutiva l?apertura di ingresso ? aperta prima dell?apertura di uscita, in modo tale per cui l?aria richiamata dal vuoto nella camera di trattamento attraverso l?apertura di ingresso crea una spinta verso l?apertura di uscita sul materiale trattato.

In un ulteriore esempio esecutivo ? prevista l?immissione di vapore saturo secco all?interno della camera di trattamento, la formazione del vuoto all?interno della camera di trattamento, l?estrazione del vapore dalla camera di trattamento, la sterilizzazione e la condensazione del vapore estratto.

Queste ed altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno pi? chiaramente dalla seguente descrizione di alcuni esempi esecutivi non limitativi illustrati nei disegni allegati in cui: la fig. 1 illustra una vista in sezione di un esempio esecutivo preferito del reattore;

la fig. 2 illustra una vista di dettaglio del portellone.

L?impianto per il trattamento termico di rifiuti solidi urbani secondo la presente invenzione comprende un reattore cilindrico 1 che definisce una camera di trattamento 10.

All?interno della camera di trattamento 10 ? previsto un agitatore 2 costituito da una girante provvista di pale rimescolatrici, posta girevole attorno all?asse longitudinale del reattore cilindrico 1. L?agitatore 2 ? azionato da un motore con motoriduttore non illustrato nelle figure e rimescola con continuit? il materiale all?interno della camera di trattamento 10.

Il corpo cilindrico del reattore 1 ? disposto con il proprio asse longitudinale orizzontale e poggia sul terreno o su una apposita struttura di supporto mediante una pluralit? di basamenti, ad esempio due basamenti 4 come illustrato in figura.

Il reattore 1 ? provvisto di una apertura di ingresso 11 che costituisce l?accesso alla camera di trattamento 10 per i rifiuti. I rifiuti vengono conferiti all?apertura di ingresso 11 mediante una tramoggia di ricevimento dotata di un dosatore, non illustrata nelle figure, per l?immissione nella camera di trattamento di una prestabilita quantit? di materiale. Tra la tramoggia e l?apertura di ingresso 11 ? previsto un dispositivo trituratore per la riduzione in parti di oggetti ingombranti che potrebbero ostacolare il movimento dell?agitatore 2 o impedire l?ingresso di ulteriore materiale nella camera 10.

I rifiuti vengono inseriti tal quali nella tramoggia e possono essere di tipo qualsivoglia, oppure limitati ad una frazione organico-cellulosica.

Il reattore 1 comprende mezzi di riscaldamento della camera di trattamento 10. La parete cilindrica che delimita la camera di trattamento 10 ? metallica e i mezzi di riscaldamento sono del tipo ad induzione magnetica, in particolare costituiti da una o pi? bobine magnetiche 5 applicate su almeno parte della superficie esterna della parete metallica. Nell?esempio in figura le bobine 5 sono applicate unicamente nella parte inferiore del corpo cilindrico del reattore 1. Le bobine 5 sono alimentate elettricamente da un circuito elettrico non illustrato nelle figure. ? possibile, per reattori di dimensioni maggiori, prevedere le bobine 5 applicate anche sulle pareti laterali del corpo cilindrico o in altre posizioni.

In alternativa o in combinazione i mezzi di riscaldamento comprendono una o pi? resistenze elettriche.

In alternativa o in combinazione i mezzi di riscaldamento comprendono mezzi di generazione ed immissione nella camera di vapore saturo secco.

Mediante le bobine 5 ad induzione elettromagnetica e/o mediante le resistenze elettriche e/o mediante l?immissione di vapore saturo secco viene mantenuta all?interno della camera di trattamento 10 una temperatura compresa tra 110? e 140? C, preferibilmente di circa 120? C, per un periodo compreso tra circa 20 e 40 minuti.

Nel riscaldamento ad induzione magnetica, il materiale di cui ? fatto l?elemento da riscaldare determina il tasso e la potenza di riscaldamento necessari. Acciaio e ferro si riscaldano facilmente data la loro resistivit? pi? elevata, mentre rame e alluminio richiedono maggiore potenza a causa della resistivit? pi? bassa. Le pareti metalliche del reattore sono preferibilmente di acciaio al carbonio, ma possono essere costituite di materiale metallico qualsivoglia atto ad un riscaldamento ad induzione magnetica.

La camera di trattamento 10 ? provvista di un?apertura di uscita 12 del materiale trattato, prevista inferiormente al corpo cilindrico.

La girante dell?agitatore 2 ha due crociere di testa per il supporto delle pale rimescolatrici, le quali pale si innestano sulle crociere in quattro punti equidistanziati angolarmente tra loro di 90?. Al termine del trattamento termico del materiale, l?agitatore 2 viene fermato in una posizione tale da presentare la crociera di testa con le due pale poste inferiormente inclinate ciascuna di 45? rispetto alla verticale. Ci? consente di non ingombrare l?apertura di uscita 12 e di favorire l?espulsione del materiale dalla camera di trattamento 10.

L?impianto prevede mezzi di aspirazione del vapore dalla camera di trattamento 10 configurati per la creazione di una depressione all?interno della camera 10. I mezzi di aspirazione comprendono una pompa da vuoto, non illustrata in figura, che mediante un condotto consente di creare il vuoto all?interno del reattore. La formazione del vuoto ? eseguita preferibilmente nella fase finale di essiccazione del materiale.

Per garantire il funzionamento dei mezzi di aspirazione e consentire la creazione del vuoto all?interno della camera di trattamento sia l?apertura di ingresso 11 sia l?apertura di uscita 12 sono provviste da rispettive valvole a tenuta atte a creare una chiusura ermetica tale da permettere la creazione del vuoto all?interno della camera di trattamento 10. Al termine della fase di essiccazione, quando il materiale ? pronto per l?espulsione dal reattore 1, la valvola a tenuta dell?apertura di ingresso 10 viene aperta prima della valvola a tenuta dell?apertura di uscita 12. In questo modo l?aria richiamata dal vuoto nella camera di trattamento 10 attraverso l?apertura di ingresso 11 crea una spinta verso l?apertura di uscita 12 sul materiale trattato, che viene espulso con maggiore facilit?. Vantaggiosamente sotto l?apertura di uscita 12 ? previsto un nastro trasportatore, non illustrato in figura, per il conferimento del materiale trattato ad ulteriori stadi di vagliatura e trattamento posti a valle dell?impianto. Il materiale risulta sterilizzato, essiccato, ed eventualmente deodorizzato. L?impianto pu? essere provvisto a valle di un separatore di metalli, un vaglio, un nastro trasportatore per l?eventuale separazione manuale di alcuni componenti ed ancora di un separatore di vetro.

L?impianto prevede inoltre opzionalmente un circuito di generazione di vapore saturo secco collegato alla camera di trattamento mediante una pluralit? di ugelli 6 per l?immissione del vapore saturo secco all?interno della camera di trattamento 10. Tale circuito prevede una caldaia, non illustrata nelle figure, che consente di generare vapore saturo secco.

Sono previsti mezzi sterilizzatori del vapore estratto dalla camera di trattamento 10 al termine della fase di essiccazione ed uno scambiatore di calore per la condensazione del vapore, non illustrati in figura. I fluidi estratti dalla camera di trattamento passano cos? nello scambiatore che consente la loro condensazione per il successivo trattamento. I mezzi sterilizzatori possono ad esempio comprendere lampade UV per l?abbattimento totale di eventuali cariche batteriche residue.

A titolo di esempio un impianto come quello illustrato in figura pu? essere dimensionato per ricevere quattro tonnellate di materiale per ogni carico.

Il reattore 1 ? inoltre provvisto di un portellone 3 a tenuta di pressione, illustrato in figura 2. Il portellone 3 ? previsto su una delle due zone di testa del corpo cilindrico del reattore 1 e ne riprende l?area circolare. Il portellone 3 pu? essere di forma sostanzialmente semisferica ma pu? anche avere una curvatura a raggio minore a seconda delle esigenze progettuali di tenuta a pressione. Mediante apertura del portellone 3 ? possibile accedere all?interno della camera di trattamento 10 per effettuare una manutenzione ordinaria o straordinaria, in cui ? possibile anche prevedere l?estrazione dell?agitatore 2.

Mediante l?impianto illustrato nelle figure viene pertanto effettuato un procedimento per il trattamento termico di rifiuti solidi urbani comprendente i seguenti passi:

a) immissione dei rifiuti nel reattore 1; b) riscaldamento del reattore 1 mediante le bobine ad induzione magnetica 5 e/o mediante una o pi? resistenze elettriche e/o mediante generazione ed immissione nella camera di vapore saturo secco;

c) scarico e vagliatura del materiale trattato. I rifiuti urbani vengono scaricati senza alcuna preselezione nella detta tramoggia avente la funzione di ricevimento e di dosaggio.

Conclusa l?operazione di caricamento e chiusa la valvola a tenuta dell?apertura di ingresso 11, si inizia l?operazione di sterilizzazione ad una temperatura compresa tra 110? e 140? C, preferibilmente di circa 120?C, per un periodo compreso tra circa 20 e 40 minuti mediante il riscaldamento ad induzione magnetica. Questa operazione viene accelerata da immissione di vapore saturo secco. In alternativa o in combinazione la camera 10 viene riscaldata mediante resistenze elettriche.

Durante la fase di sterilizzazione, per effetto dell?umidit? presente nel rifiuto urbano, che ? circa il 50% in peso del materiale stesso e per effetto del vapore insufflato si ha la trasformazione di alcuni componenti presenti nel seguente modo:

- la carta, il cartone, la sostanza organica come verdura, frutta, foglie ecc. subisce una notevole riduzione in volume;

- le materie plastiche rimangono inalterate nella loro composizione ed il calore ne provoca solo il loro raggrinzimento;

- il legno presente si riduce anch?esso sensibilmente in volume.

Ultimata la fase di sterilizzazione viene interrotta la insufflazione di vapore saturo secco e mantenuto costante il riscaldamento mediante induzione magnetica.

L?essiccazione avviene operando il vuoto nel reattore. Il vuoto pu? essere formato consecutivamente, contestualmente o semi-contestualmente alla fase di riscaldamento. Si procede quindi con una fase di condensazione a mezzo di uno scambiatore dei vapori estratti.

L?acqua di condensazione estratta che ha un COD pari a circa 200-300 viene successivamente depurata. Completata questa operazione il materiale trattato ottenuto passa ad una unit? di scarico dove dopo raffreddamento il prodotto finale passa in una unit? di separazione di componenti.

Da quanto descritto ed illustrato si evince come il procedimento risulti particolarmente semplice ed anche l?impianto non abbia parti critiche nella sua realizzazione e nella sua conduzione. Con un impianto di questo tipo ? possibile trattare in modo economicamente vantaggioso rifiuti solidi urbani in grandi quantit? recuperandone componenti riutilizzabili.

Da quanto precedentemente esposto ? pertanto evidente che l?invenzione non ? limitata alle forme esecutive test? descritte ed illustrate a semplice titolo di esempi non limitativi, ma potr? essere variata e modificata, nel suo complesso e nei singoli particolari, soprattutto costruttivamente, a seconda delle specifiche esigenze e convenienze di fabbricazione e d?impiego, nell?ambito degli equivalenti tecnici e funzionali, senza per questo abbandonare il principio informatore sopra esposto ed a seguito rivendicato.

Claims (7)

RIVENDICAZIONI

1. Impianto per il trattamento termico di rifiuti solidi urbani comprendente un reattore (1) avente una camera di trattamento (10), un agitatore interno (2) previsto nella detta camera (10), e mezzi di riscaldamento (5) della detta camera (10), la quale camera (10) ? provvista di almeno una apertura di ingresso (11) per i detti rifiuti e di almeno un?apertura di uscita (12) del materiale trattato, caratterizzato dal fatto che

la detta camera (10) ? delimitata da una o pi? pareti metalliche e i detti mezzi di riscaldamento (5) sono del tipo ad induzione magnetica e/o comprendono una o pi? resistenze elettriche e/o comprendono mezzi di generazione ed immissione nella camera (10) di vapore saturo secco.

2. Impianto secondo la rivendicazione 1, in cui i detti mezzi di riscaldamento (5) comprendono bobine magnetiche (5) applicate su almeno parte della superficie esterna delle dette pareti metalliche.

3. Impianto secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui le dette pareti identificano un corpo cilindrico provvisto di un portellone (3) a tenuta, essendo il detto corpo cilindrico disposto con il proprio asse longitudinale orizzontale ed essendo la detta apertura di uscita (12) del materiale trattato prevista inferiormente.

4. Impianto secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui sono previsti mezzi di aspirazione del vapore dalla camera di trattamento (10), i quali mezzi di aspirazione sono configurati per la creazione di una depressione all?interno della detta camera (10).

5. Impianto secondo la rivendicazione 4, in cui i mezzi di aspirazione del vapore dalla camera di trattamento (10) ed i mezzi di generazione di vapore saturo secco sono collegati ad un medesimo circuito, il quale circuito comprende mezzi sterilizzatori del vapore estratto dalla camera di trattamento (10) e uno scambiatore di calore per la condensazione del detto vapore.

6. Procedimento per il trattamento termico di rifiuti solidi urbani

caratterizzato dal fatto che

comprende i seguenti passi:

a) immissione dei detti rifiuti in un reattore (1) avente una camera di trattamento (10);

b) riscaldamento del detto reattore (1) mediante induzione magnetica e/o mediante una o pi? resistenze elettriche e/o mediante generazione ed immissione nella camera (10) di vapore saturo secco;

c) scarico del materiale trattato.

7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, in cui successivamente o contestualmente almeno in parte alla fase di riscaldamento ? prevista una fase di formazione del vuoto all?interno della camera di trattamento (10).