IT202100021575A1 - "Procedimento per la produzione di combustibili, particolarmente biocombustibili avanzati, da rifiuti organici o scarti biologici" - Google Patents

"Procedimento per la produzione di combustibili, particolarmente biocombustibili avanzati, da rifiuti organici o scarti biologici" Download PDF

Info

Publication number
IT202100021575A1
IT202100021575A1 IT102021000021575A IT202100021575A IT202100021575A1 IT 202100021575 A1 IT202100021575 A1 IT 202100021575A1 IT 102021000021575 A IT102021000021575 A IT 102021000021575A IT 202100021575 A IT202100021575 A IT 202100021575A IT 202100021575 A1 IT202100021575 A1 IT 202100021575A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
gaseous
products
oxidation
flow rate
waste
Prior art date
Application number
IT102021000021575A
Other languages
English (en)
Inventor
Gianluca Tumminelli
Gaetano Tuzzolino
Fabio Santoro
Patrizio Francesco De
Eleonora Maria Floria
Claudio Scarantino
Original Assignee
Archimede S R L
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Archimede S R L filed Critical Archimede S R L
Priority to IT102021000021575A priority Critical patent/IT202100021575A1/it
Priority to PCT/IB2022/057252 priority patent/WO2023017372A1/en
Priority to CN202280066987.XA priority patent/CN118055995A/zh
Publication of IT202100021575A1 publication Critical patent/IT202100021575A1/it

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C10G2/30—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
    • C10G2/32—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C10J3/60—Processes
    • C10J3/62—Processes with separate withdrawal of the distillation products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/78—High-pressure apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/002—Removal of contaminants
    • C10K1/003—Removal of contaminants of acid contaminants, e.g. acid gas removal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/02—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/02—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment
    • C10K3/04—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment reducing the carbon monoxide content, e.g. water-gas shift [WGS]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/06—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by mixing with gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/061—Methanol production
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/062—Hydrocarbon production, e.g. Fischer-Tropsch process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2400/00—Products obtained by processes covered by groups C10G9/00 - C10G69/14
    • C10G2400/02—Gasoline
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0903—Feed preparation
    • C10J2300/0906—Physical processes, e.g. shredding, comminuting, chopping, sorting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0916—Biomass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0946—Waste, e.g. MSW, tires, glass, tar sand, peat, paper, lignite, oil shale
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0959—Oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0973—Water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/164—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with conversion of synthesis gas
    • C10J2300/1656—Conversion of synthesis gas to chemicals
    • C10J2300/1662—Conversion of synthesis gas to chemicals to methane (SNG)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1684—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/169—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with water treatments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1807—Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1846—Partial oxidation, i.e. injection of air or oxygen only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/08—Production of synthetic natural gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/12—Liquefied petroleum gas
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Description

DESCRIZIONE dell?invenzione industriale dal titolo:
?Procedimento per la produzione di combustibili, particolarmente biocombustibili avanzati, da rifiuti organici o scarti biologici?
TESTO DELLA DESCRIZIONE
Campo dell?invenzione
La presente invenzione si riferisce alla produzione di (bio)combustibili, particolarmente combustibili per autotrazione, definiti ?avanzati? dal D.M. 02/03/2018 ?Promozione dell?uso del biometano e degli altri biocarburanti avanzati nel settore dei trasporti? che recepisce e attua le direttive europee n.98/30/CE, n.2009/73/CE e n.2009/28/CE, ovvero per la distribuzione in rete, a partire da una materia prima organica, sintetica ovvero naturale e/o biologica.
Tecnica nota
Il continuo e crescente interesse della ricerca scientifica e della politica nazionale e internazionale verso nuovi procedimenti e tecnologie volte al sequestro di anidride carbonica per limitarne o annullarne le emissioni, da un lato, e al recupero e valorizzazione di alcune categorie di rifiuto, prevalentemente plastici o a base di cellulosa (carta/cartone) o comunque contenenti carbonio nella loro variet? merceologica, spinge l?attivit? di ricerca nella direzione di messa a punto procedimenti industriale quanto pi? sostenibili per la trasformazione di rifiuti plastici o di merceologia mista in combustibili per autotrazione, e contemporaneamente far fronte alle esigenze e alle normative legate alla tutela dell?ambiente.
Tuttavia, la Richiedente ha osservato come il panorama dei procedimenti noti non raggiunge ancora livelli di sostenibilit? accettabili e/o un prodotto spendibile sul mercato: diversi procedimenti noti risultano nella produzione di combustibili non conformi alle normative nazionali o internazionali, oppure risultano in emissioni in atmosfera ancora troppo alte per decretare una piena sostenibilit? del procedimento.
Inoltre la Richiedente osserva che le tecnologie note per la produzione di combustibili o biocombustibili rende economicamente sostenibile, proprio alla luce dei limiti di cui sopra, soltanto l?esercizio di impianti di grossa taglia a discapito degli impianti di piccola o media taglia.
Scopo dell?invenzione
Lo scopo della presente invenzione ? di risolvere i problemi tecnici precedentemente menzionati. In particolare, lo scopo dell?invenzione ? di fornire un procedimento per la produzione di combustibili a partire da materia prima organica, quale ad esempio rifiuto organico o scarti biologici, che abbia impatto ambientale minimo, che risulti nella produzione di combustibili conformi alle specifiche previste dalle normative nazionali e internazionali, e che risulti economicamente sostenibile anche qualora attuato su impianti di piccola o media taglia.
Sintesi dell?invenzione
Lo scopo dell?invenzione ? raggiunto da un procedimento avente le caratteristiche formanti oggetto delle rivendicazioni che seguono, le quali formano parte integrante dell?insegnamento tecnico qui somministrato in relazione all?invenzione.
Breve descrizione delle figure
L?invenzione sar? ora descritta con riferimento alle figure annesse, provviste a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:
- La figura 1 ? una rappresentazione schematica a blocchi di un procedimento in base a forme di esecuzione dell?invenzione,
- La figura 2 ? una rappresentazione schematica a blocchi di una prima sezione dello schema di figura 1,
- La figura 3 ? una rappresentazione schematica a blocchi di una seconda sezione dello schema di figura 1,
- La figura 4 ? una rappresentazione schematica a blocchi di una terza sezione dello schema di figura 1,
- La figura 5 ? una rappresentazione schematica a blocchi di una quarta sezione dello schema di figura 1, e
- Le figure 6 e 7 sono rappresentazioni schematiche a blocchi di un procedimento in base a ulteriori forme di esecuzione dell?invenzione,
- la figura 8 ? una rappresentazione schematica generale del procedimento in base all?invenzione. Descrizione particolareggiata
Come premessa generale, le rappresentazioni a blocchi funzionali delle figure illustrano in via principale fasi di procedimento che, in modo di per s? noto, possono essere implementate con tecnologie note. Durante la descrizione ciascun blocco verr? descritto primariamente in termini di fase di procedimento, ma ? possibile che talvolta esso venga integrato nella descrizione nei termini dei componenti che realizzano la fase stessa. Salvo ove diversamente specificato, l?utilizzo in talune figure di riferimenti (numeri e/o lettere) gi? utilizzati in figure precedenti o precedentemente descritte intende individuare il medesimo elemento/i medesimi elementi gi? oggetto delle figure precedenti o precedentemente descritte.
Con riferimento alla figura 1, il numero di riferimento 1 designa nel complesso un procedimento in base all?invenzione, qui rappresentato per comodit? di trattazione mediante uno schema a blocchi. Lo schema a blocchi include sia riferimenti numerici, sia riferimenti testuali per agevolare la comprensione.
Con riferimento alla figura 1 e individualmente alle figure 2-5, il procedimento 1 comprende i seguenti sottoprocedimenti:
- un primo sotto-procedimento 2 comprendente un processo preferibilmente discontinuo di pretrattamento di pirolisi, mediante il quale si realizza una trasformazione della materia prima R in ingresso (R_IN) in prodotti intermedi destinati agli altri sotto-procedimenti qui elencati.
- un secondo sotto-procedimento 4 comprendente un processo continuo di trattamento dei prodotti di pirolisi liquidi risultanti dal sotto procedimento 2 (nel seguito, per brevit?, ?processo pyro-olio?), e configurato per l?ottenimento, fra l?altro, di un prodotto combustibile a specifica gasolio EN 590/2017;
- un terzo sotto-procedimento 6 comprendente un processo continuo di trattamento dei prodotti di pirolisi gassosi risultanti dal sotto procedimento 2 (nel seguito, per brevit?, ?processo pyro-gas?), in parte configurato per la produzione di gas propano liquefatto (GPL) secondo specifica EN 589/2019 e/o configurato, in toto o in parte, per l?ottenimento di una corrente intermedia di processo ricca in idrogeno per successivo utilizzo in un processo di trattamento del pyro-char di cui al paragrafo seguente;
- un quarto sotto-procedimento 8 comprendente un processo continuo di trattamento dei prodotti di pirolisi solidi risultanti dal sotto procedimento 2 (nel seguito, per brevit?, ?processo pyro-char?), configurato per l?ottenimento di un prodotto a specifica gas naturale compresso (CNG) EN 16723-1/2015 o EN 16723-2/2015.
Almeno parte dei quattro sotto-procedimenti integrati ? funzionalmente legata dalla circolazione di una portata acquosa cui ? associato il riferimento numerico 10, e che proviene in parte dai prodotti intermedi o finali dei sotto procedimenti stessi, e in parte ? reintegrata a partire da una portata d?acqua di ingresso W_IN. Convenientemente, l?ammissione W_IN ? instradata in parte (maggioritaria) a un quinto sotto-procedimento 12 per la produzione di acqua demineralizzata e successiva elettrolisi di essa per la produzione di idrogeno e ossigeno, che sono due reagenti impiegati negli altri sotto-procedimenti. In dettaglio, la portata W_IN avviata al quinto sotto-procedimento 12 ? sottoposta a demineralizzazione (blocco 12A, eventualmente opzionale) ed elettrolisi (12B) ovvero altra tecnologia o combinazione di tecnologie per la generazione di idrogeno gassoso e ossigeno gassoso. Preferibilmente, idrogeno e ossigeno gassosi sono raccolti in rispettivi serbatoi polmone o buffer BH2 (idrogeno) e BO2 (ossigeno), dai quali una portata dei corrispondenti gas viene prelevata secondo le necessit? del procedimento 1 per l?alimentazione di uno o pi? dei sotto-procedimenti in esso inclusi. L?ossigeno in eccesso pu? inoltre essere direttamente scaricato in atmosfera, portata O2_D.
Nello schema di figura 1 ? inoltre rappresentato un possibile accoppiamento, integrale o parziale, del procedimento 1 e degli stadi funzionali in esso coinvolti con una fonte energetica rinnovabile 14 per la generazione dell?energia elettrica necessaria al sostentamento dei sotto-procedimenti 2, 4, 6, 8.
Una soluzione di questo tipo, congiuntamente all?adozione di un sistema di accumulo elettrico 16, pu? rendere il procedimento 1 globale totalmente indipendente da una fornitura di energia elettrica da rete di distribuzione tradizionale, se non per i periodi prolungati di scarso soleggiamento (qualora la F.E.R. sia solare fotovoltaico) ovvero di scarsa ventosit? (nel caso dell?eolico), ferma restando la possibilit? di utilizzo di qualsiasi altra fonte energetica rinnovabile, se applicabile, e ferma restando comunque la possibilit? di utilizzo di un generatore elettrico ausiliario 18.
Preferibilmente, in special modo nel caso in cui la disponibilit? di energia elettrica rinnovabile fosse aleatoria poich? prodotta da campo fotovoltaico o eolico, ? conveniente disporre anche di sistemi temporanei di accumulo dei reagenti di processo prodotti via elettrolisi dell?acqua, ovverosia di idrogeno e ossigeno.
In questo modo ? possibile sovraprodurre tali reagenti nei periodi di maggior soleggiamento o ventosit? per poter mantenere una operativit? del processo costante durante la notte o nei periodi scarsamente produttivi per la F.E.R.
In tal caso, la condizione ottimale per il dimensionamento delle capacit? di accumulo di energia elettrica e di materia (buffer di idrogeno e di ossigeno) ? da determinare caso per caso, dipendentemente da una innumerevole combinazione di fattori, tra cui: sito di installazione, costi capitali ed operativi di accumulo di idrogeno e di ossigeno, costo dell?energia elettrica.
Nel caso in cui la fonte energetica primaria fosse invece di origine fossile ovvero comunque continuativamente disponibile, non si applicano le considerazioni di cui sopra relativamente all?accumulo di energia elettrica, di idrogeno e di ossigeno, ma ? come risulter? maggiormente chiaro in seguito ? ? comunque conveniente disporre di sistemi di accumulo di materia relativamente ai prodotti intermedi di pirolisi, essendo quest?ultimo un processo condotto preferibilmente in modalit? discontinua, al contrario degli altri processi sopra elencati.
Il procedimento 1 oggetto dell?invenzione comprende alimentare in ingresso una determinata quantit? R_IN di materia prima R comprendente materiale di rifiuto di natura combustibile, preferibilmente di tipo plastico (ad esempio afferente ai codici CER 02.01.04, 15.01.02, 16.01.19, 17.02.03 nel c.d. Catalogo Europeo dei Rifiuti - CER) ovvero di composizione merceologica mista (ad esempio combustibile solido secondario afferente al codice CER 19.12.10). Tale indicazione non pregiudica tuttavia la possibilit? di alimentare altre tipologie di rifiuto aventi comunque le caratteristiche di combustibile organico, ovverosia contenente nella propria struttura molecolare atomi di carbonio tra loro legati, quali ad esempio scarti del trattamento della frazione organica del rifiuto solido urbano ovvero rifiuti o scarti di origine biologica quali residui di digestione anaerobica, ovvero scarti di pellame, scarti di lavorazioni di conceria, pneumatici esausti, ?car fluff?, etc.
I prodotti c.d. ?end-of-waste? del procedimento 1, ovverosia che hanno ottenuto la cessazione della loro qualifica di rifiuto, sono preferibilmente combustibili rinnovabili di origine non biologica liquidi (gasolio per autotrazione secondo specifica EN 590/2017) e gassosi (gas naturale compresso per autotrazione secondo specifica EN 16723-2/2015), ovvero combustibili di origine biologica nel caso in cui la materia prima alimentata fosse scarto di lavorazioni biologiche. In una delle forme di esecuzione preferite del procedimento, dipendentemente dalla natura e composizione del rifiuto in ingresso alimentato nella portata R_IN, nella fattispecie in caso di alimentazione di rifiuti ad alto contenuto di materiale plastico, ? possibile individuare quale terzo prodotto utile un gas propano liquefatto (GPL secondo specifica EN 589/2019).
In generale, quel che rileva sopra tutto osservare rispetto al procedimento in base all?invenzione, riguarda il fatto che i prodotti del procedimento 1 (i combustibili in primis) sono ? ad eccezione delle ceneri, che in ogni caso sono rifiuti inerti ? classificabili tutti come ?end of waste?, ossia ci? che risulta dal procedimento in base all?invenzione ? un prodotto o un gruppo di prodotti che non sono pi? rifiuto, ma prodotti con caratteristiche rispondenti a specifiche normative e immettibili tal quali in rete o sul mercato.
Sotto-procedimento 2: processo di pretrattamento di pirolisi
Con riferimento alla figura 2, la rappresentazione schematica da essa fornita descrive il primo sottoprocedimento 2 in base all?invenzione, che corrisponde a un processo di pretrattamento di pirolisi cui ? sottoposto il rifiuto di partenza (la materia prima) veicolato nella portata R_IN.
Il rifiuto in ingresso con la portata R_IN, preferibilmente epurato dal contenuto intrinseco di ceneri ed inerti (residui di materiali metallici, ceramici o vetrosi), ? sottoposto, tal quale ed in pezzatura preferibilmente inferiore a 10 cm, ad un primo pretrattamento di pirolisi, condotto a titolo esemplificativo in un reattore a forno rotante in modalit? discontinua ovverosia effettuando una successione ordinata di operazioni che definiscono il c.d. ciclo batch di pirolisi e che vanno dal caricamento della matrice organica all?interno dell?apparecchiatura allo scarico dei residui solidi di pirolisi al termine del ciclo di lavoro, previa inertizzazione dei volumi interni.
Il materiale in ingresso ? quindi pretrattato in uno o pi? cicli batch di pirolisi al giorno, ciascuno dei quali ha convenientemente una durata normalizzata includente i tempi minimi necessari per le operazioni di carico, inertizzazione, riscaldamento, reazione, raffreddamento, scarico (un tipico ciclo di lavoro va da 8 a 24 ore dipendentemente dalla quantit? di materia processata) allo scopo di determinare il numero massimo di cicli batch giornalieri e conseguentemente il numero di cicli batch annuali che determinano la capacit? di trattamento annuale del procedimento 1 nel complesso.
La normalizzazione della durata del ciclo batch di pirolisi e la contemporanea presenza di recipienti o serbatoi di accumulo dei prodotti intermedi del pretrattamento di pirolisi, consentono di determinare le portate pseudo-continue (in kg/h) in ingresso ai rimanenti sotto procedimenti (4, 6, 8) del procedimento 1 che comprendono processi continui, data dal rapporto tra la quantit? in kg di ciascun prodotto intermedio di pirolisi e la durata normalizzata del ciclo (ad esempio 8 ore).
Entrando nel dettaglio delle operazioni che, a titolo esemplificativo, costituiscono il ciclo batch di pirolisi del rifiuto in ingresso R_IN, esse comprendono:
- una fase di carico (tipicamente inferiore a 1 ora), in cui il volume di reazione viene riempito, fino ad una percentuale volumetrica prestabilita, con una quantit? di materiale non superiore alla capacit? massima del reattore, partendo dalla fine del ciclo precedente;
- una fase di inertizzazione (tipicamente qualche minuto), i cui: la camera di reazione e tutte o parte delle condutture e delle apparecchiature a valle vengono flussate con azoto o altro gas inerte fino a rimuovere l?ossigeno in esse presente;
- una fase di riscaldamento (tipicamente inferiore a 1 ora), in cui viene fornita energia sotto forma di calore a mezzo di resistenze elettriche (nel caso di alimentazione da fonte energetica rinnovabile) ovvero combustione di un combustibile fossile o rinnovabile, allo scopo di aumentare la temperatura all?interno della camera fino al valore desiderato per la conduzione del processo pirolitico (tipicamente tra 400?C e 500?C, dipendentemente dalla matrice alimentata);
- una fase di reazione (tipicamente dell?ordine di un paio d?ore, ma fortemente dipendente dal rifiuto alimentato), in cui la permanenza e il continuo mescolamento del materiale caricato, per un certo tempo ad una certa temperatura, innesca complesse reazioni di cracking termico tipiche del processo di pirolisi che portano allo sviluppo di prodotti di pirolisi solidi (residuo solido) ? ?pyro-char?, di prodotti di pirolisi gassosi comprendenti gas incondensabili (?pyro-gas?) di prodotti di pirolisi liquidi comprendenti vapori condensabili che risultano in prodotti liquidi (fase acquosa e ?pyro-olio?);
- una fase di raffreddamento e scarico (tipicamente inferiore a 4 ore): la camera di reazione viene fatta raffreddare naturalmente fino ad una temperatura compatibile con lo scarico del residuo solido (pyro-char) e al nuovo carico di rifiuti in sicurezza.
I prodotti del processo di pretrattamento di pirolisi 2, ottenuti durante il ciclo di lavoro ovvero al termine dello stesso, comprendono quindi (figura 2):
- un prodotto di pirolisi solido 20, o ?residuo solido di pirolisi?, genericamente denominato ?pyro-char? il quale ? caratterizzabile in termini di composizione elementale, contenuto di umidit?, carbonio totale, carbonio fisso, materia volatile, ceneri ed ? destinato al processo di produzione CNG;
- un prodotto di pirolisi gassoso 22, genericamente denominato ?pyro-gas? e comprendente prevalentemente composti incondensabili in condizioni normali (idrocarburi leggeri quali metano, etano, propano, etilene, propilene, idrogeno, ossidi di carbonio in caso di presenza di ossigeno nella carica in ingresso, acido solfidrico in caso di presenza di zolfo, acido cloridrico in caso di presenza di cloro),
- da una a tre frazioni di prodotti liquidi di natura organica, o ?prodotti liquidi di pirolisi? 24, genericamente denominati ?pyro-oli?, le quali sono una miscela di idrocarburi caratterizzabile attraverso il peso molecolare medio, la temperatura media di ebollizione, le propriet? fisiche primarie (densit?, viscosit?). I prodotti liquidi cos? distinti sono ottenibili per condensazioni successive dei vapori organici sviluppati durante la fase di reazione precedentemente menzionata (gli stadi di condensazione non sono mostrati esplicitamente in Figura 2 in quanto noti) e sono classificabili in ?olio pesante? (?heavy pyro-oil?), ?olio medio? (?middle pyro-oil?) e ?olio leggero? (?light pyro-oil?). Le prime due frazioni, pi? pesanti, possono essere riciclate nella camera di pirolisi durante il ciclo di lavoro stesso per aumentare la resa nei componenti leggeri allo scopo di massimizzare la quantit? della terza frazione, pi? leggera e pi? facilmente lavorabile nei processi successivi;
- eventualmente una fase liquida acquosa, che pu? formarsi qualora nell?ambiente di reazione fosse inizialmente presente un certo tenore di umidit? ovvero questa fosse gi? intrinseca nel rifiuto di partenza.
La ripartizione delle tre fasi prodotte e la composizione della fase gassosa incondensabile ? dipendente dalla natura del rifiuto in ingresso e dalle condizioni operative del processo di pirolisi (temperatura, durata, pressione, velocit? di riscaldamento).
A titolo esemplificativo, si riporta in Tabella 1 una possibile distribuzione delle fasi prodotte a partire da rifiuti di merceologia mista (combustibile solido secondario ovvero combustibile derivato da rifiuti) e a partire da rifiuti prevalentemente plastici (rifiuti plastici dell?agricoltura). Inoltre, non solo la distribuzione tra le fasi ma anche la composizione delle stesse (in particolar modo della fase gassosa) dipende fortemente dalla natura merceologica della carica in ingresso e dalle condizioni di pirolisi.
La tabella che segue mostra la distribuzione in massa (% in peso) rappresentativa dei prodotti intermedi (pyrogas, pyro-olio e pyro-char) attesi in uscita dal pirolizzatore nel caso di alimentazione di rifiuti afferenti al codice CER 19.12.10 (Combustibile Derivato da Rifiuti) e al codice CER 02.01.04/15.01.02/16.01.19/17.02.03 (Rifiuti Plastici dell?Agricoltura).
Sotto procedimento 4 - Processo di trattamento pyroolio
Lo schema a blocchi del processo di trattamento dell?olio di pirolisi per la produzione di idrogeno ? mostrato nella Figura 3. Tutti i blocchi e le connessioni rappresentate con linea a tratteggio possono essere considerati opzionali, ancorch? preferiti, ai fini dell?invenzione.
La frazione liquida organica 24 prodotta dal sottoprocedimento 2 comprende generalmente una miscela di paraffine, nafteni, olefine e composti monoaromatici, diaromatici e poliaromatici ad elevato numero di atomi di carbonio, non facilmente predicibile a priori. Con riferimento alla Figura 3, che riporta uno schema a blocchi del sotto-procedimento di trattamento pyro-olio, verranno qui descritte le fasi cui ? sottoposto l?olio di pirolisi. Si tenga presente che in alcune forme di esecuzione il sotto procedimento 4 pu? essere considerato opzionale: l?olio di pirolisi pu? essere avviato a stoccaggio per altre applicazioni senza essere processato. Questo poich? il sotto-procedimento 4 presenta un grado di interazione funzionale con gli altri sotto-procedimenti pi? basso.
L?olio leggero prodotto dal pretrattamento di pirolisi, prelevato da un relativo serbatoio di accumulo e qui schematizzato come portata F24, pu? essere dapprima convenientemente utilizzato come agente di lavaggio (scrubbing, non mostrato in figura) degli off-gas del procedimento 1 allo scopo di recuperare da questi ultimi i composti pesanti trascinati dai gas stessi. Gli off-gas lavati risultanti saranno poi convogliati insieme agli altri off-gas provenienti dagli altri sotto-procedimenti simultaneamente condotti, compressi e trattati in un reattore di ossidazione in acqua supercritica ovvero altra tecnologia per l?abbattimento di gas di scarico, come verr? a breve descritto.
Il sotto procedimento 4 prevede di processare la portata F24 di olio di pirolisi, che presenta caratteristiche ancor pi? lontane dalle specifiche previste per i combustibili dopo l?utilizzo come agente di lavaggio, viene processata con la nota tecnologia dell?idrogenazione per contatto diretto (c.d. ?hydrotreating?), blocco 24. Il trattamento di idrogenazione a contatto diretto ? tipicamente condotta in reattori a letto catalitico fisso, con la finalit? di saturare gli idrocarburi insaturi, sia olefinici, sia aromatici, e rimuovere lo zolfo, l?azoto, l?ossigeno e il cloro eventualmente presenti nell?olio di pirolisi (pyro-oil), blocco 28. Tutte le reazioni di idrogenazione sono esotermiche, pertanto la loro resa all?equilibrio ? favorita da bassa temperatura, nonch? operando con largo eccesso di idrogeno. L?esigenza termodinamica di condurre i processi di hydrotreating a temperature quanto pi? basse possibili rende necessario il ricorso a catalizzatori in grado di aumentare la velocit? di reazione anche a basse temperature. Uno dei catalizzatori industrialmente pi? utilizzati per questo processo ? a base di cobalto e molibdeno supportato su ?allumina e le condizioni operative prevedono una temperatura di circa 350?400?C, una pressione di circa 30?50 bar ed una velocit? spaziale del liquido nel range 1?3 h-1.
L?effluente del reattore deve essere quindi raffreddato e l?idrogeno non reagito viene separato dai prodotti liquidi di reazione, ricompresso e riciclato al reattore ? portata F28. I prodotti liquidi sono laminati fino alla pressione appena superiore a quella atmosferica e i gas sviluppati (off-gas) ? portata F28? - sono convogliati per consentirne il lavaggio finale con l?olio di pirolisi in ingresso F24; la parte liquida separata, additivata con odorizzanti e coloranti (blocco 30) e condizionata per la regolazione dei parametri chimicofisici e delle propriet? di combustione, costituisce invece il prodotto finale di interesse, associato al riferimento numerico P24 e conforme alle specifiche del gasolio di cui alla normativa EN 590/2017.
Sotto procedimento 6 - Processo di trattamento pyrogas
Lo schema a blocchi del processo di trattamento del gas di pirolisi per la produzione di idrogeno ? mostrato nella Figura 4. Tutti i blocchi e le connessioni rappresentate con linea a tratteggio possono essere considerati opzionali, ancorch? preferiti, ai fini dell?invenzione.
Il pyro-gas prodotto nel sotto procedimento 2, soprattutto nel caso in cui la portata R_IN di rifiuti in ingresso sia afferente al codice CER 19.12.10 (combustibile derivato da rifiuti), pu? costituire fino al 50% in massa rispetto al quantitativo totale di materia alimentata e comprende, di fatto, una miscela gassosa di composizione variegata contenente alcani ed alcheni a basso peso molecolare (metano, etano, etilene, propano e propilene), idrogeno, monossido di carbonio e anidride carbonica, gas leggeri azotati (NH3), solforati (H2S) o clorurati (HCl).
Per fronteggiare l?eventuale presenza di questi ultimi composti acidi, il gas ? in primis inviato ad una guardia per H2S preferibilmente del tipo a base di ossidi di ferro o di zinco ovvero altra tecnologia commercialmente disponibile (per realizzazioni di impianti di trattamento di grande taglia, ad esempio, pu? risultare maggiormente conveniente un sistema di abbattimento gas acidi a base di ammine) e successivamente ad una seconda guardia per HCl a base di ossidi di magnesio o carbonato di potassio ovvero, di nuovo, altra tecnologia commerciale. La prima realizza la fissazione dello zolfo sotto forma di pirite o solfuro di zinco, mentre la seconda fissa il cloro formando cloruro di magnesio o di potassio. I letti adsorbenti devono essere convenientemente dimensionati per garantire una operativit? di un prefissato numero di ore di esercizio, dipendente dalla natura del rifiuto di partenza. Il blocco 32 ? rappresentativo ? individualmente o nel complesso ? delle guardie per H2S, HCl sopra menzionate.
Infatti, nel caso di alimentazione di codici CER relativi ai rifiuti plastici (ad esempio CER 02.01.04, 15.01.02, 16.01.19, 17.02.03) generalmente non ? attesa presenza di zolfo in ingresso, mentre nel caso di CER 19.12.10 (Combustibile Derivato da Rifiuti, CDR) la concentrazione massima in questo rifiuto ? fissata dal Decreto Ministeriale 15/02/1998 allo 0,6% in peso rispetto al rifiuto tal quale. Per quanto riguarda il cloro, invece, nel caso di rifiuti plastici ? ritenuta altamente probabile la contaminazione dei rifiuti in ingresso con polivinilcloruro (PVC), pertanto non pu? essere esclusa la sua presenza, anzi ? noto che la pirolisi di PVC gi? a temperature relativamente basse (300?C) converte fino al 95% del cloro in ingresso in HCl in fase gassosa, fino al 5% in specie clorurate presenti nel pyro-olio e una quantit? inferiore all?1% in specie presenti nel pyro-char (Peng Lu et al., ?Review on fate of chlorine during thermal processing of solid wastes?, Journal of Environmental Science, 2018). Nel caso, infine, di alimentazione di CDR, il suddetto decreto ministeriale fissa il contenuto massimo di cloro in 0,6% in peso rispetto alla sostanza secca.
Il pyro-gas continuativamente prodotto durante i cicli di pirolisi, portata F22, viene quindi ottenuto come miscela di gas leggeri incondensabili per effetto della separazione dai vapori condensati di olio leggero (pyroolio) e viene convenientemente e temporaneamente stoccato in un serbatoio in pressione ovvero in un gasometro a pressione atmosferica, che funge da ?polmone? (o ?buffer?) per smorzare le oscillazioni di portata e per omogeneizzare la composizione del gas. La pressione operativa del serbatoio pu? essere variabile entro un determinato intervallo, in modo tale da poter garantire la regolazione del prelievo di una portata comunque costante che va ad alimentare in continuo le unit? di processo successive.
In una prima forma di esecuzione del sotto procedimento 6, (riferimento A in figura 4), preferita se tali gas contengono una grande quantit? di propano e alcani superiori, i pyro-gas depurati dalle specie solforate e clorurate sono alimentati ad una unit? di processo che realizza la saturazione catalitica delle olefine leggere (etilene, propilene, buteni ? blocco 34, eventualmente con un make-up di idrogeno FH2 da buffer BH2) operante con idrogeno in eccesso stechiometrico rispetto agli altri idrocarburi. Dopo la saturazione degli idrocarburi insaturi, ha luogo la separazione del propano e degli idrocarburi saturi superiori (butani e pentani, se presenti) dagli idrocarburi pi? leggeri (idrogeno, metano, etano), blocco 36, ottenendo un prodotto P22, odorizzato e additivato secondo le esigenze (blocco 38), conforme alla specifica EN 590/2017 per il gas propano liquido (GPL). Sostanzialmente, in tali forme di esecuzione, al netto delle altre operazioni, il propano viene estratto dalla portata F22 per la successiva produzione di GPL.
La miscela dei gas separati dal propano ? invece destinata a un processo, di per s? noto, di reforming, in particolare steam reforming (o reforming con vapore), per la conversione quantitativa in idrogeno e ossidi di carbonio ? blocco 40. Qualora il rifiuto in ingresso al pretrattamento di pirolisi di cui al sotto-procedimento 2 fosse di composizione merceologica prevalentemente plastica (es. codici CER di classe 02, 15, 16 e 17), questo renderebbe un pyro-gas molto ricco in etano, etilene, propano e propilene, che hanno notoriamente una resa ed una velocit? di conversione in idrogeno molto maggiori rispetto al metano comunque presente. In alternativa allo steam reforming, ? possibile operare una gassificazione catalitica, giacch? lo steam reforming opera funzionalmente come una gassificazione termochimica. In generale, ai fini del procedimento in base all?invenzione, la portata F22 viene sottoposta a un reforming per la conversione quantitativa in idrogeno e ossidi di carbonio, quindi per la generazione di una miscela di gas di sintesi. Il reforming pu? essere operato mediante steam reforming, reforming termico, oppure ancora mediante gassificazione catalitica (ad es. gassificazione in acqua supercritica).
In una seconda forma di esecuzione, alternativa, del sotto-procedimento 6 associata al riferimento B in Figura 4, che ? preferita qualora i pyro-gas siano tanto poveri in propano e alcani superiori da non rendere conveniente ed agevole la loro separazione, questi sono invece alimentati integralmente e preferibilmente previo trattamento in uno stadio di saturazione delle olefine leggere di cui al blocco 34, al processo di steam reforming (o in generale gassificazione) di cui al blocco 40.
In linea generale, le due forme di esecuzione descritte sono da intendersi alternative tra loro, essendo tanto possibile quanto utile stabilire una soglia minima di contenuto di propano e butano nella miscela di gas al di sopra della quale risulta conveniente procedere secondo il sotto-procedimento A e al di sotto della quale ? invece da preferire il sotto-procedimento B.
Qualora il rifiuto R_IN alimentato al procedimento 1 fosse afferente alla classe CER 19, ci si attende una portata di pyro-gas F22 pi? ricca in metano e ossidi di carbonio che non in alcani superiori, ma ? comunque conveniente inviare tale portata al reattore di steam reforming per produrre idrogeno, ovviamente regolando di conseguenza il tempo di permanenza nel reattore.
A tal proposito, qualora il processo di steam reforming di cui al blocco 40 fosse concepito in maniera modulare, sarebbe possibile parzializzare i volumi di reazione per garantire i tempi di permanenza adatti alla specifica portata e composizione alimentata. Indipendentemente dalla natura del rifiuto in ingresso, quindi, almeno una parte della portata di pyro-gas F22 viene inviata a steam reforming previa desolforazione e declorurazione nei rispettivi letti di guardia.
Tramite il processo di steam reforming, infatti, e in particolar modo agendo sui tempi di reazione, viene modificata la composizione del gas in ingresso (qui la portata F22), incrementando la quantit? di idrogeno a scapito della quantit? di etano/etilene, propano/propilene e alcani/olefine superiori. Questo consente di economizzare i consumi elettrici richiesti per la produzione dell?idrogeno via elettrolisi dell?acqua demineralizzata (blocco 12B).
Al reattore di steam reforming, oltre alla miscela dei gas di pirolisi F22 depurati dalle specie acide, ? inviato anche vapore a media pressione, che prende parte alle reazioni di reforming del metano e degli idrocarburi superiori. Una parte consistente del vapore necessario al processo pu? essere ottenuta dalla fase acquosa prodotta, separata e vaporizzata da un processo di metanazione che verr? dettagliato nell?ambito della descrizione del sotto procedimento 8 e della circolazione di portata acquosa di cui al riferimento 10. Il make-up di vapore a media pressione che ? necessario integrare per sostenere le reazioni di steam reforming (il processo ? accompagnato da un consumo netto di acqua) ? producibile recuperando energia termica dall?effluente di un processo di ossidazione in acqua supercritica o di altro processo di ossidazione condotto con ossigeno puro quale agente comburente, a cui il processo di steam reforming pu? essere convenientemente ed agevolmente accoppiato termicamente. Ulteriori dettagli verranno forniti nell?ambito della descrizione del sotto procedimento 8 e della circolazione di portata acquosa di cui al riferimento 10.
A titolo esemplificativo, in una delle possibili forme di esecuzione il reattore di steam reforming ? un termoconvertitore tubolare, di tipo con flusso a pistone, operante in condizioni di temperatura nell?intervallo 580?650 ?C e pressione 16?24 bar. La temperatura di reazione pu? essere mantenuta attraverso una integrazione termica diretta con il reattore di ossidazione in acqua supercritica ovvero con il combustore ad ossigeno puro e con locali interventi di riscaldamento a mezzo di resistenze elettriche, laddove necessario.
Previo raffreddamento e separazione dell?acqua condensata nel processo di steam reforming (portata F40?), l?effluente gassoso del reattore di steam reforming, corrispondente alla portata F40, ? separato in idrogeno (componente volumicamente maggioritario nella miscela) -blocco 42, portata F42 - e off-gas (miscela prevalentemente composta da ossidi di carbonio e metano) ? blocco 42, portata F42?, i quali vengono integralmente riciclati. La portata F40 comprende in via principale idrogeno e biossido di carbonio; in funzione delle condizioni di reforming possono essere presenti in quota minoritaria metano CH4 e monossido di carbonio CO.
L?ultima operazione di separazione dell?idrogeno prodotto da steam reforming di cui al blocco 42, indicata con contorno tratteggiato nei diagrammi di Figura 1 e Figura 4, ? da considerarsi facoltativa in dipendenza da una serie di fattori e considerazioni, prettamente tecnicopratiche ed economiche, tra cui la disponibilit? tecnologica commerciale di efficienti soluzioni per la successiva operazione di metanazione, la strategia adottata sulle emissioni in atmosfera (emissioni autorizzate vs emissioni zero), la fonte energetica primaria (rinnovabile vs fossile, autoprodotta vs fornita da terzi), la sostenibilit? economica dell?investimento. A tal proposito, infatti, a seconda della soluzione tecnologica adottata per il successivo processo di idrogenazione catalitica (ad es. metanazione) e la sua conduzione in sicurezza - come sar? meglio chiarito in seguito - potrebbe risultare sufficiente la sola rimozione dell?acqua condensata dall?effluente di steam reforming, senza dover separare l?idrogeno dagli altri gas non reagiti. A titolo esemplificativo, tra le tecniche potenzialmente utilizzabili per la separazione dell?idrogeno dall?anidride carbonica si citano la c.d. Pressure Swing Adsorption, la separazione a membrana e l?assorbimento con soluzione acquosa di ammine.
In ogni caso, l?idrogeno cos? prodotto (separato ovvero in miscela con gli altri prodotti gassosi di steam reforming) viene utilizzato quale reagente nel processo di idrogenazione catalitica (metanazione catalitica nella forma di esecuzione di figura 1), che ha la funzione di trasformare l?anidride carbonica prodotta dal processo di ossidazione in acqua supercritica ovvero da altro processo di ossidazione condotta con ossigeno puro (per ossidazione del carbonio intrinsecamente contenuto nel residuo solido di pirolisi del rifiuto di partenza), l?anidride carbonica prodotta dallo steam reforming, l?anidride carbonica nativamente contenuta nel pyro-gas, e tutta l?anidride carbonica comunque intercettata e sequestrata dalle rimanenti linee di processo (ad esempio in tutti off-gas collezionati dalle operazioni di separazione) in metano, prodotto finale gassoso di interesse preferito, ovvero ? con riferimento alle figure 6 e 7 (in cui i blocchi e le connessioni rappresentate con linea a tratteggio possono in generale essere considerati opzionali, ancorch? preferiti) - in altro combustibile e/o prodotto quale metanolo, etere dimetilico (DME), benzine sintetiche nel caso in cui il sotto-procedimento di metanazione catalitica sia sostituito da un altro sotto-procedimento di idrogenazione catalitica (la metanazione catalitica ? una possibilit? per l?idrogenazione catalitica in base all?invenzione), ovvero da un altro sotto-procedimento per la conversione della CO2 diverso dalla idrogenazione. A tale riguardo, la figura 8 (in cui i blocchi e le connessioni rappresentate con linea a tratteggio possono in generale essere considerati opzionali, ancorch? preferiti) schematizza Una generalizzazione del procedimento per quel che concerne il trattamento della portata gassosa F40: il riferimento aggregato 52, 152, 154 designa nel complesso un generico processo di idrogenazione catalitica, e il riferimento aggregato P20, P120A, P120B compendia i prodotti combustibili ottenibili a valle dell?idrogenazione catalitica.
Sotto procedimento 8 - Processo di trattamento pyrochar
In Figura 5 ? mostrato il diagramma a blocchi del processo di trattamento del residuo solido di pirolisi (pyro-char), il cui prodotto finale di interesse P20 ? gas naturale compresso a specifica per immissione in rete di distribuzione (EN 16723-1/2015) ovvero per autotrazione (EN 16723-2/2015).
Il sotto-procedimento 8 prevede come fase principale un?ossidazione in acqua supercritica (blocco 44) ovvero un?ossidazione convenzionale del pyro-char condotta con ossigeno puro quale comburente allo scopo di ottenere un unico gas di scarico comprendente da anidride carbonica pressoch? pura (contiene solo tracce di ossigeno non reagito e possibili tracce di metano non ossidato).
Il processo 8 di trattamento pyro-char, in combinazione con il processo 6 di trattamento pyro-gas precedentemente descritto, integra due tecnologie mai adottate simultaneamente e congiuntamente in un unico processo, ovverosia l?ossidazione del particolato carbonioso (condotta in atmosfera di ossigeno puro ovvero in acqua supercritica con ossigeno puro) e lo steam reforming (blocco 40) delle paraffine e delle olefine leggere. Questa combinazione di processi consente di trattare in maniera efficiente, in un?ottica di procedimento a ?zero scarti?, i prodotti intermedi solidi e gassosi del processo di trattamento preliminare di pirolisi: il residuo solido (pyro-char) ? sospeso in una soluzione acquosa ? blocco 46 - in cui la frazione acquosa comprende una raccolta di tutti gli scarichi delle unit? del procedimento integrato nel suo complesso, mentre la fase gassosa incondensabile (pyro-gas) ? alimentata ? come visto ? con vapore d?acqua al processo di steam reforming per la produzione di una corrente ricca in idrogeno, con eventuali tracce di metano e anidride carbonica da destinare a un processo finale di metanazione, come meglio spiegato nel seguito.
In una forma di esecuzione preferita, il pyro-char viene alimentato sotto forma di slurry acquoso (portata F8), previamente preparato con miscelazione a concentrazione desiderata, ad una unit? di ossidazione in acqua supercritica (SCWO).
Lo slurry acquoso comprende la portata F24 dei prodotti di pirolisi solidi miscelata a una prima portata acquosa comprendente una seconda portata acquosa corrispondente alla portata F40?, ossia un effluente del processo di steam reforming (dunque una portata acquosa separata dai prodotti di gasificazione), e a una terza portata acquosa che ? spillata direttamente dall?alimentazione W_IN del sotto-procedimento 12. Si consideri, ad ogni modo, che la seconda portata pu? in tutto o in parte essere ricircolata allo stadio di reforming, in particolare quando questo ? realizzato mediante steam reforming. Un esempio di tale ricircolo ? illustrato nelle figure 6 e 7, ma ? applicabile identicamente allo schema di figura 1.
Insieme al pyro-char viene alimentato parte dell?ossigeno prodotto dalla unit? di elettrolisi e, ancora, tutti gli off-gas convogliati provenienti dai processi di trattamento pyro-olio (portata F28?) e pyro-gas (portata F42?). Come osservato precedentemente, l?ossidazione in ambiente acquoso supercritico pu? essere sostituita da una ossidazione tradizionale a pressione ordinaria in un combustore adeguato, purch? il comburente sia sempre ossigeno puro allo scopo di produrre unicamente anidride carbonica quale prodotto di combustione del carbonio. In questo caso, comunque non ? esclusa la possibilit? di formazione inquinanti atmosferici quali ossidi di azoto e di zolfo, qualora tali elementi fossero presenti nel pyro-char da processare, richiedendo quindi ulteriori trattamenti di abbattimento gas. L?ossigeno ? alimentato dal buffer BO2, portata O2_IN, ed ? dunque ossigeno prodotto per elettrolisi al blocco 12B. Resta comunque inteso che la portata di ossigeno pu? essere alimentata per altre vie, non essendo necessario che esso sia prodotto per elettrolisi.
La concentrazione del pyro-char nella sospensione acquosa (slurry) ? convenientemente e preferibilmente compresa nell?intervallo 5?15% in massa, ma con possibilit? di raggiungere fino al 25% di solidi sospesi, ed ? alimentato all?unit? di ossidazione in acqua supercritica (nella forma di esecuzione preferita) previo preriscaldamento a spese del calore recuperato dall?effluente dell?unit? di steam reforming del sottoprocedimento 6, ad essa termicamente integrata, e/o a spese del calore recuperato dall?effluente della stessa unit? di ossidazione SCWO.
Nel processo di ossidazione in acqua supercritica, il contenuto di carbonio presente nella matrice organica alimentata ? convertito esclusivamente in anidride carbonica e con rese di abbattimento superiori al 99,99%, in quanto l'ambiente di reazione ? una miscela omogenea costituita prevalentemente da acqua (almeno 80% in massa) ad una tipica pressione operativa di 240?250 bar e una temperatura di 500?700?C. In queste condizioni, l'acqua ? in grado di solubilizzare la materia organica dando luogo, per l'appunto, ad una miscela omogenea, in cui l'ossidazione del carbonio ad anidride carbonica pu? avvenire con meccanismo radicalico "controllato", tale per cui l'unico composto carbonioso gassoso nei prodotti risulta il biossido di carbonio. Il notevole eccesso d'acqua fa s? che questa partecipi principalmente come mezzo di reazione, in grado di orientare il cammino di reazione verso prodotti gassosi innocui (essenzialmente azoto e anidride carbonica) che non richiedono ulteriori pesanti trattamenti prima dello scarico in atmosfera.
Il processo di ossidazione, a differenza dell'incenerimento, ? un processo totalmente confinato che avviene in uno spazio limitato ed in condizioni ben definite e controllabili, che permettono di ottenere effluenti gassosi e liquidi a temperature e pressioni prossime a quelle atmosferiche. Le temperature operative del processo sono troppo alte perch? si verifichi la formazione di diossine e troppo basse per la formazione di ossidi di azoto: il cloro e l'azoto eventualmente presenti nella carica alimentata (portata F8) sono convertiti rispettivamente in acido cloridrico e azoto molecolare, il primo trovandosi poi totalmente dissociato nella fase acquosa di scarico. Similmente, lo zolfo eventualmente presente in ingresso (portata F8) forma, alle condizioni di reazione, acido solforico, il quale ? totalmente dissociato in soluzione acquosa: il risultato ? l'assenza di ossidi di zolfo nell'effluente gassoso, il che si traduce in un importante beneficio impiantistico quanto ambientale.
Con riferimento alla figura 5, si osservi che il processo di ossidazione in acqua supercritica all?interno del procedimento 1 (o qualsiasi altro processo di ossidazione) realizza l?abbattimento di gas di scarico insieme a tutti gli altri off-gas prodotti dagli altri sotto-procedimenti costituenti il procedimento integrato (portate di off-gas F42?, F28? e F54). In questo modo, il processo di ossidazione in acqua supercritica ? impiegato non solo per il processamento dei residui solidi di pirolisi, da destinare altrimenti ad altri utilizzi e/o processi di smaltimento/recupero, ma anche come linea di trattamento e abbattimento gas, essendo l?ossidazione in acqua supercritica una delle ?Best Available Technology? in questo campo. L?acqua di processo separata dall?effluente di steam reforming pu? essere riutilizzata a riciclo allo stesso processo di ossidazione in acqua supercritica (SCWO) per preparare lo slurry carbonioso (portata F8) ad esso alimentato, ovvero pu? essere in tutto o in parte riciclata al processo stesso di steam reforming ad integrazione della fase acquosa comunque recuperata e riciclata dal successivo processo di metanazione.
Sebbene i processi di ossidazione in acqua supercritica e di incenerimento portino allo stesso risultato (ovverosia alla riduzione del volume di un rifiuto per termodistruzione della materia organica), a differenza di quest?ultimo il processo di ossidazione in acqua supercritica non produce scorie o sottoprodotti solidi di alcun tipo, se non ceneri inerti (portata F44, corrispondente a una portata gassosa prelevata dai prodotti di ossidazione) costituite da tracce di elementi metallici o non metallici ossidati al loro massimo stadio. All?uscita del reattore, la corrente ossidata corrispondente alla portata F44 e contenente CO2 e ossigeno non reagito, oltre a possibili piccole percentuali di metano da off-gas non totalmente convertito (in quanto piuttosto recalcitrante nell?ambiente acquoso supercritico), ? raffreddata e processata ? blocco 48 - in un sistema di separazione gassolido (a titolo esemplificativo di tipo ciclonico), in particolare per la separazione delle ceneri, operante ad alta pressione in modo da sfruttare l?insolubilit? dei sali e delle ceneri in acqua supercritica.
Un sistema di separazione delle ceneri deve essere previsto anche nel caso in cui la tecnologia di ossidazione prescelta non fosse l?ossidazione in acqua supercritica bens? una ossidazione ordinaria in atmosfera di ossigeno puro. Le ceneri e i sali inerti, tanto pi? abbondanti quanto pi? ricco in eteroatomi e metalli pesanti ? il rifiuto tal quale alimentato al processo di pirolisi, costituiscono in questo caso uno scarto di produzione che continua ad essere classificabile come rifiuto ai sensi del Catalogo Europeo dei Rifiuti.
Dopo aver ulteriormente raffreddato, mantenendo il sistema in pressione per separare buona parte dell?acqua di reazione, si ottiene una corrente bifasica le cui componenti liquida e gassosa sono entrambe laminate ad una pressione prossima a quella di esercizio del successivo processo di metanazione. L?aliquota gassosa e tutti i gas eventualmente sviluppatisi durante le procedure di raffreddamento e depressurizzazione vengono convogliati, con possibile integrazione di un piccolo make-up di idrogeno (se necessario, non mostrato in figura 1 e in figura 5) ed inviati ad un convertitore (preferibilmente catalitico), blocco 50, in cui l?ossigeno residuo ? rimosso per reazione con l?idrogeno stesso o con parte del metano presente producendo ulteriore acqua e/o anidride carbonica.
Tale operazione di deossigenazione, indicata nello schema di figura 1 con un blocco 50 dal contorno tratteggiato, non sarebbe necessaria qualora il processo di ossidazione in acqua supercritica fosse condotto con ossigeno strettamente stechiometrico ovvero in difetto, ovvero nel caso in cui l?ossidazione fosse condotta con tecnologia convenzionale (cio? non in ambiente acquoso supercritico). In tal caso, tuttavia, non sarebbe garantito il completo abbattimento del contenuto organico (Total Organic Carbon, TOC) dello slurry in ingresso (portata F8).
Qualora l?intero procedimento integrato fosse alimentato con energia elettrica prodotta integralmente da un campo fotovoltaico, a causa dell?intrinseca aleatoriet? dell?irraggiamento solare, congiuntamente o in alternativa ad un sistema di accumulo di energia elettrica a batterie, ? conveniente prevedere un sistema di intercettazione di una parte della portata gassosa effluente dall?unit? SCWO da destinare ad un sistema di stoccaggio temporaneo. In una prima forma di esecuzione dell?invenzione, un sistema di intercettazione siffatto (riferimento BCO2) ? installato immediatamente a monte del processo di deossigenazione (blocco 50), ovverosia finch? la linea gas entro cui transita la portata F44 si trovi ancora ad alta pressione. In questo caso, la miscela da stoccare si trova in stato di aggregazione gassoso ed ? pertanto preferibilmente stoccata in tale forma in pacchi bombole ad alta pressione, per essere prelevata in un momento differito secondo le esigenze.
In una seconda forma di esecuzione 1A dell?invenzione, oggetto in particolare della figura 6, il sistema di accumulo BCO2 ? installato immediatamente a valle del processo di deossigenazione (blocco 50), dal momento che la miscela risulta priva di ossigeno e pertanto facilmente liquefacibile. In questo caso la miscela, costituita da sola anidride carbonica (a meno di tracce di idrogeno), ? condensata e refrigerata, ed inviata ad un serbatoio di accumulo criogenico, operante a pressione decisamente inferiore rispetto al pacco bombole del caso precedente. In un momento differito, secondo le esigenze, l?anidride carbonica stoccata pu? essere prelevata, vaporizzata in apposito vaporizzatore ed inviata al successivo sottoprocedimento.
In questo modo, pu? essere inviata a una successiva unit? di metanazione catalitica (blocco 52) solo ed esclusivamente la quota parte di anidride carbonica della portata F44 che pu? essere effettivamente convertita in metano per reazione con il solo idrogeno prodotto dallo steam reforming nel sotto procedimento 6 integrato con il quantitativo di idrogeno effettivamente ed istantaneamente prodotto per elettrolisi al blocco 12B.
L?effluente del convertitore catalitico di ossigeno del blocco 50, operante alla stessa pressione di linea della successiva unit? di metanazione del blocco 52 al netto delle perdite di carico, contiene esclusivamente anidride carbonica, vapore d?acqua e tracce di idrogeno e metano ed ? inviato all?unit? di metanazione al blocco 52.
L?aliquota liquida prelevata dalla portata di prodotti di ossidazione (qui in particolare dovuta allo stadio di ossidazione in acqua supercritica SCWO di cui al blocco 44), indicata dalla portata F44?, ? invece laminata a pressione prossima a quella ambiente per poter essere infine inviata ad una unit? di trattamento acque (blocco 54) in cui possa essere condotta la neutralizzazione con una base (ad esempio carbonato di calcio o idrossido di sodio), filtrata e chiarificata prima dello scarico finale in rete fognaria, secondo le specifiche imposte dal d.lgs.
152/2006, blocco 56. Un?eventuale portata di off-gas F54 rilasciata dall?unit? di trattamento acque ? ricircolata al reattore di ossidazione di cui al blocco 44.
L?unit? di metanazione di cui al blocco 52 preferibilmente comprende uno o pi? stadi di reazione adiabatici, con letti fissi di catalizzatore al rutenio supportato su allumina, altamente selettivo nei confronti del metano rispetto agli ossidi di carbonio, attivo anche a temperatura modeste e meno soggetto a sinterizzazione e disattivazione per deposito di coke rispetto ad un catalizzatore al nickel, che pur costituisce una possibile soluzione alternativa.
Gli stadi di metanazione sono alimentati in parallelo rispetto alla corrente di anidride carbonica ed in serie rispetto alla corrente di idrogeno, o viceversa, in modo da avere sempre uno dei reagenti in largo eccesso per poter controllare agevolmente il grado di reazione e governarne gli effetti termici.
Nel primo caso, ad esempio, la corrente di idrogeno, che corrisponde alla portata F42 costituita dall?effluente di steam reforming integrato con un make-up di idrogeno FH2 (da buffer BH2) prodotto per elettrolisi al blocco 12B, ? totalmente alimentata al primo stadio di metanazione. All?uscita di ognuno degli stadi reattivi plurimi, la corrente di processo viene raffreddata per poter separare l?acqua formatasi e poter alimentare la frazione gassosa allo stadio successivo. Ciascuna delle correnti di acqua condensata viene riciclata e vaporizzata a spese del calore ceduto dallo stesso effluente di metanazione dello stadio reattivo corrispondente (portata di ricircolo F52, figura 4, in ingresso a stadio di steam reforming 40), in modo da poter essere utilizzata quale vapore a media pressione (16-24 bar) a riciclo nell?unit? di steam reforming. Pu? inoltre essere vantaggiosamente prevista una fase di generazione di vapore a media pressione rappresentata da un blocco 58 in figura 4, che risulti nella produzione di vapore a media pressione (16-24 bar) ? portata F58 ? che assieme a una portata F52 ricircolata dallo stadio di metanazione 52 compone la portata di vapore a media pressione in ingresso allo stadio di steam reforming 40.
La parte gassosa effluente dall?unit? di metanazione ? invece il prodotto di interesse, ancora grezzo e da sottoporre a upgrade, contenendo infatti il metano prodotto, l?idrogeno in eccesso non reagito e tracce di ossidi di carbonio e acqua. Questa corrente, indicata dal riferimento F52?, ? quindi alimentata ad un sistema integrato per la disidratazione ed infine ad una unit? di upgrade (blocco 52A), ad esempio basata su tecnologia di separazione a membrana (c.d. Gas Permeation), in grado di separare idrogeno e anidride carbonica dal metano, il quale ? prelevato in uscita pronto per essere odorizzato (blocco 52B) e compresso in carro bombolaio alla pressione di 200?220 bar, secondo le specifiche EN 16723-2/2015, ovvero immesso in rete di distribuzione secondo le specifiche EN 16723-1/2015 definendo un ulteriore prodotto P20 del procedimento in base all?invenzione.
In una terza forma di esecuzione 1B dell?invenzione oggetto della figura 7 alternativa alle forme di esecuzione oggetto delle figure 1, 6, la corrente di idrogeno F42 prodotta nello stadio di separazione 42 e la corrente di anidride carbonica uscente dalla unit? di deossigenazione 50 ovvero prelevata dal sistema di accumulo BCO2 (in funzione del fatto che esso sia realizzato come illustrato in figura 1 o in figura 6), possono essere destinate ad altro sotto-procedimento di idrogenazione catalitica diverso dalla metanazione per la produzione di un combustibile diverso dal metano. Tale procedimento alternativo pu? comprendere, a titolo esemplificativo, un procedimento di produzione di metanolo (impiegato come solvente, additivo o carburante, blocco 152 e prodotto P120A), ovvero un procedimento di produzione di etere dimetilico (impiegato anch?esso come additivo o carburante, blocco 154, prodotto P120B), ovvero un procedimento di Sintesi di Fischer-Tropsch in cui la miscela di idrogeno e anidride carbonica viene prima convertita, in presenza di catalizzatore, in un gas di sintesi comprendente idrogeno e monossido di carbonio, e questo successivamente convertito, sempre con processo catalitico, in combustibili sintetici liquidi (ad esempio benzine).
Il tecnico del ramo apprezzer? che il procedimento 1 in base all?invenzione si configura come procedimento integrato per la produzione di combustibili per autotrazione o combustibili per l?immissione in rete dal recupero di rifiuti e si caratterizza per:
- l?integrazione di diversi processi (o sottoprocedimenti) di trattamento quali i sotto-procedimenti 2, 4, 6, 8, per lo pi? appartenenti alle ?best practices? industriali per il trattamento di recupero, la valorizzazione e lo smaltimento di rifiuti organici, al fine di realizzare un procedimento globale preferibilmente ad emissioni zero ovvero con emissioni controllate;
- l?individuazione delle condizioni necessarie per rendere possibile la conduzione di processi di pretrattamento discontinui (pirolisi, sotto-procedimento 2) congiuntamente a processi di conversione continui (hydrotreatment, SCWO, steam reforming, metanazione) nei prodotti di interesse;
- la combinazione, in un unico procedimento produttivo, di un processo esotermico di smaltimento/abbattimento di residui solidi combustibili (ossidazione del pyro-char, sottoprocedimento 8) e di un processo endotermico di produzione di idrogeno da paraffine ed olefine leggere (steam reforming del pyro-gas o suoi derivati, sotto-procedimento);
- possibilit? di alimentazione integrale o parziale da fonte di energia elettrica rinnovabile (fotovoltaico/eolico, blocco 14), con associato sistema di accumulo elettrico 16 e generatore elettrico 18 a fonte fossile di emergenza.
Inoltre, la possibilit? di attingere a particolari incentivi favoriti dal Gestore dei Servizi Energetici (GSE), legati alla emissione di Certificati di Immissione in Consumo (CIC) di carburanti o biocarburanti ottenuti a partire da altri carburanti di origine non biologica e/o da fonti energetiche rinnovabili, pu? rendere economicamente sostenibile il procedimento 1 anche quando implementato su impianti di piccola taglia che, altrimenti, non reggerebbero l?economia di scala.
Naturalmente, i particolari di realizzazione e le forme di esecuzione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato senza per questo uscire dall?ambito della presente invenzione, cos? come definita dalle rivendicazioni annesse.

Claims (15)

RIVENDICAZIONI
1. Procedimento (1, 1A, 1B) per la conversione di rifiuti organici e/o scarti biologici in prodotti combustibili, comprendente:
- alimentare una prima portata (R_IN) comprendente rifiuti organici e/o scarti biologici,
- operare una pirolisi (2) di detta prima portata (R_IN) per ottenere uno o pi? prodotti di pirolisi liquidi (4, 24), uno o pi? prodotti di pirolisi gassosi (6, 22), e uno o pi? prodotti di pirolisi solidi (8, 20),
- miscelare detti uno o pi? prodotti di pirolisi solidi (8) con una prima portata acquosa, e sottoporre la miscela a ossidazione (44, SCWO) per l?ottenimento di prodotti di ossidazione,
- prelevare una prima portata gassosa (F44) da detti prodotti di ossidazione,
- sottoporre detti uno o pi? prodotti di pirolisi gassosi (6, 22) a un reforming (40), ottenendo uno o pi? prodotti di reforming,
- prelevare una seconda portata gassosa (F42) da detti prodotti di reforming,
- sottoporre detta prima portata gassosa (F44) e detta seconda portata gassosa (F42) a idrogenazione catalitica (52, 152, 154) per l?ottenimento di almeno un primo combustibile (P20).
2. Procedimento (1, 1A, 1B) secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre prelevare una seconda portata acquosa (F40?) da detti prodotti di reforming, e avviare detta seconda portata acquosa (F40?) alla miscelazione con detti uno o pi? prodotti di pirolisi solidi (8, 20), detta seconda portata acquosa definendo almeno parte di detta prima portata acquosa.
3. Procedimento (1, 1A, 1B) secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre sottoporre detti uno o pi? prodotti di pirolisi liquidi a idrogenazione (26) per l?ottenimento di un secondo combustibile, particolarmente gasolio.
4. Procedimento (1, 1A, 1B) secondo la rivendicazione 2 o la rivendicazione 3, in cui detta ossidazione comprende un?ossidazione in acqua supercritica (44).
5. Procedimento (1, 1A, 1B) secondo la rivendicazione 4, in cui detta ossidazione in acqua supercritica avviene in relazione di scambio termico con detto reforming per cui un introito di calore di detto reforming comprende calore ceduto da detta ossidazione in acqua supercritica.
6. Procedimento (1, 1A, 1B) secondo la rivendicazione 1, in cui detti uno o pi? prodotti di pirolisi gassosi (6, 22) sono sottoposti, antecedentemente a detto reforming, a una separazione del propano per l?ottenimento di un terzo combustibile (P22), particolarmente GPL.
7. Procedimento (1, 1A, 1B) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto reforming comprende uno fra:
- steam reforming (40)
- gassificazione catalitica
- gassificazione in acqua supercritica
- ossidazione parziale.
8. Procedimento (1, 1A, 1B) secondo la rivendicazione 7, in cui detto steam reforming (40) ? alimentato mediante una portata di vapore (F52) risultante da detta idrogenazione catalitica (52, 152, 154).
9. Procedimento (1, 1A, 1B) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2 a 8, comprendente inoltre alimentare una terza portata acquosa (WMK) alla miscelazione con detti uno o pi? prodotti di pirolisi solidi (8, 20), per cui detta prima portata acquosa comprende detta seconda portata acquosa (F40?) e detta terza portata acquosa (WMK).
10. Procedimento (1, 1A, 1B) secondo la rivendicazione 9, in cui detta terza portata acquosa ? spillata da un?alimentazione d?acqua principale (W_IN), il procedimento comprendendo inoltre sottoporre detta alimentazione d?acqua principale a elettrolisi (12B) per l?ottenimento di idrogeno gassoso e ossigeno gassoso.
11. Procedimento (1, 1A, 1B) secondo la rivendicazione 10, comprendente inoltre alimentare detto ossigeno gassoso a un reattore che realizza detta ossidazione di detta miscela degli uno o pi? prodotti di pirolisi solidi (8) con la prima portata acquosa.
12. Procedimento (1, 1A, 1B) secondo la rivendicazione 1, in cui detta prima portata gassosa (F44) comprende biossido di carbonio.
13. Procedimento (1, 1A, 1B) secondo la rivendicazione 1, detta seconda portata gassosa (F40) comprende biossido di carbonio e idrogeno.
14. Procedimento (1, 1A, 1B) secondo la rivendicazione 12, in cui detta prima portata gassosa (F44) comprende inoltre ossigeno, il procedimento comprendendo inoltre sottoporre detta prima portata gassosa a deossigenazione (50) prima di essere sottoposta a idrogenazione catalitica per l?ottenimento di almeno un primo combustibile (P20).
15. Procedimento (1, 1A, 1B) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta idrogenazione catalitica comprende:
- un processo di metanazione catalitica (52)
- un processo di produzione di metanolo (152),
- un processo di produzione di etere dimetilico (154) - un processo di sintesi di Fischer-Tropsch.
IT102021000021575A 2021-08-09 2021-08-09 "Procedimento per la produzione di combustibili, particolarmente biocombustibili avanzati, da rifiuti organici o scarti biologici" IT202100021575A1 (it)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102021000021575A IT202100021575A1 (it) 2021-08-09 2021-08-09 "Procedimento per la produzione di combustibili, particolarmente biocombustibili avanzati, da rifiuti organici o scarti biologici"
PCT/IB2022/057252 WO2023017372A1 (en) 2021-08-09 2022-08-04 A method for the production of combustibles, particularly advanced biofuels, from organic or biological wastes
CN202280066987.XA CN118055995A (zh) 2021-08-09 2022-08-04 一种用于从有机或生物废物中生产可燃物特别是先进的生物燃料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102021000021575A IT202100021575A1 (it) 2021-08-09 2021-08-09 "Procedimento per la produzione di combustibili, particolarmente biocombustibili avanzati, da rifiuti organici o scarti biologici"

Publications (1)

Publication Number Publication Date
IT202100021575A1 true IT202100021575A1 (it) 2023-02-09

Family

ID=78212552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
IT102021000021575A IT202100021575A1 (it) 2021-08-09 2021-08-09 "Procedimento per la produzione di combustibili, particolarmente biocombustibili avanzati, da rifiuti organici o scarti biologici"

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN118055995A (it)
IT (1) IT202100021575A1 (it)
WO (1) WO2023017372A1 (it)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130247448A1 (en) * 2012-03-26 2013-09-26 Sundrop Fuels, Inc. Optimization of torrefaction volatiles for producing liquid fuel from biomass
US20130256113A1 (en) * 2010-12-23 2013-10-03 Sea Marconi Technologies Di Vander Tumiatti S.A.S. Modular plant for performing conversion processes of carbonaceous matrices

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130256113A1 (en) * 2010-12-23 2013-10-03 Sea Marconi Technologies Di Vander Tumiatti S.A.S. Modular plant for performing conversion processes of carbonaceous matrices
US20130247448A1 (en) * 2012-03-26 2013-09-26 Sundrop Fuels, Inc. Optimization of torrefaction volatiles for producing liquid fuel from biomass

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PANDEY BHOOPENDRA ET AL: "Recent progress in thermochemical techniques to produce hydrogen gas from biomass: A state of the art review", INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 44, no. 47, 30 August 2019 (2019-08-30), pages 25384 - 25415, XP085838790, ISSN: 0360-3199, [retrieved on 20190830], DOI: 10.1016/J.IJHYDENE.2019.08.031 *
PENG LU ET AL.: "Review on Fate of chlorine during thermal processing of solid wastes", JOURNAL OF ENVIRONMENTAL SCIENCE, 2018

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023017372A1 (en) 2023-02-16
CN118055995A (zh) 2024-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11680215B2 (en) Processes for producing high biogenic concentration Fischer-Tropsch liquids derived from municipal solid wastes (MSW) feedstocks
US8541637B2 (en) Process and system for thermochemical conversion of biomass
EP2501787B1 (en) Method for biomass hydrogasification
US8038746B2 (en) Reduced-emission gasification and oxidation of hydrocarbon materials for liquid fuel production
US7897649B2 (en) Operation of a steam methane reformer by direct feeding of steam rich producer gas from steam hydro-gasification
US20090221721A1 (en) Controlling the synthesis gas composition of a steam methane reformer
CN101273114A (zh) 用于转化烃物质的体系和方法
US20230110311A1 (en) Feedstock Processing Systems And Methods For Producing Fischer-Tropsch Liquids And Transportation Fuels
CN115516066A (zh) 方法和设备
IT202100021575A1 (it) "Procedimento per la produzione di combustibili, particolarmente biocombustibili avanzati, da rifiuti organici o scarti biologici"
AU2015402524A1 (en) Processes for producing high biogenic concentration Fischer-Tropsch liquids derived from municipal solid wastes (MSW) feedstocks
WO2023198940A1 (es) Procedimiento y sistema de valorización material de residuos para la coproducción de hidrógeno e hidrocarburos o alcoholes