IT202200000365A1

IT202200000365A1 - Procedimento per lo smaltimento di pneumatici

Info

Publication number: IT202200000365A1
Application number: IT102022000000365A
Authority: IT
Inventors: Francesco Gallo
Original assignee: Itelyum Regeneration S P A
Priority date: 2022-01-12
Filing date: 2022-01-12
Publication date: 2023-07-12
Also published as: EP4212602A1

Description

PROCEDIMENTO PER LO SMALTIMENTO DI PNEUMATICI

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce a un processo per lo smaltimento di pneumatici, in particolare di PFU Pneumatici Fuori uso), in grado di valorizzare i rifiuti di questo tipo.

La civilt? uscita dalle varie rivoluzioni industriali ha portato a una massa di prodotti enormemente alta, a una situazione di diffusione del benessere prima semplicemente impensabile e a una maggiore distribuzione di ricchezza sulla Terra. Purtroppo, per?, vi sono alcuni rovesci della medaglia, primo fra tutti quello della grande produzione di rifiuti, a tutti i livelli. Sono, pertanto, cresciuti i problemi di inquinamento -dell'aria, delle acque e del suolo- e di imbrattamento, soprattutto dei corsi d'acqua e delle campagne.

La produzione, che potrebbe essere definita forsennata, ha portato a masse enormi di rifiuti da smaltire, cosa che non sempre avviene in maniera rispettosa dell'ambiente e, in ultima analisi, della salute di tutti.

Mentre in passato i rifiuti venivano per lo pi? bruciati o abbandonati, si ? prima cercato di confinarli nelle cosiddette discariche, in modo da mantenerli tutti concentrati in un unico posto, lasciando cos? pulite le aree esterne alla discarica. Tuttavia, ci si ? presto resi conto che questo modo di smaltire i rifiuti presenta ancora grossissimi inconvenienti. In particolare, in caso di un confinamento senza distinzione di materiali di natura spesso anche molto diversa l'uno dall'altro, ci si ? trovati ad avere la formazione di liquidi per reazione fra i vari rifiuti e talvolta gli agenti atmosferici (tipicamente le piogge e l'umidit?). Si hanno, cos? i cosiddetti percolati, che spesso finiscono per penetrare nelle falde acquifere, nonostante opere di impermeabilizzazione di solito eseguite in questi contesti, creando grossi problemi di inquinamento delle stesse, talora anche molto pesanti. Si ? ovviato a ci? impermeabilizzando il fondo delle discariche con appositi teli, ma in questo modo si ? contribuito non poco al consumo di suolo, senza che -come si ? appena detto- la soluzione del problema sia stata completa.

Va anche tenuto presente che la combustione dei rifiuti e il loro confinamento in discarica hanno l'inconveniente che i rifiuti non sono pi? disponibili per eventuali ulteriori usi e il risultato ? di avere materiale che viene di fatto immobilizzato, come perduto.

Per quanto riguarda la combustione dei rifiuti, in un primo tempo essa era estesa a qualsiasi tipo di rifiuti e avveniva senza particolari accorgimenti. In questo modo, per?, la combustione non era sempre completa e poteva dar luogo a fumi tossici, motivo per cui gli inceneritori sono stati visti dalla popolazione sempre pi? come qualcosa di nocivo, per cui era divenuto difficile avviarne di nuovi, a causa delle proteste degli abitanti delle zone prescelte per la loro costruzione.

La maggiore coscienza ecologica che andava estendendosi a molti settori della popolazione mondiale, soprattutto nei primi Paesi industrializzati, pi? colpiti dal problema, ha modificato l'atteggiamento verso i rifiuti, che vengono sempre meno visti unicamente come tali e sempre pi? come fonte di nuovi utilizzi.

Cos?, ? stata avviata e spinta ad altissimi livelli la raccolta differenziata dei rifiuti, in modo da poter utilizzare la maggior parte dei rifiuti come fonte di nuove materie prime, come carta, plastica, vetro metalli. La combustione dei rifiuti, invece, ? stata vista come nuova fonte energetica, cosicch? sono nati i cosiddetti termovalorizzatori, inceneritori realizzati in modo da avere una combustione la pi? completa possibile, cos? da contenere il pi? possibile la produzione di fumi tossici, e da utilizzare il calore prodotto o per il teleriscaldamento domestico nei centri urbani o come energia per la produzione di energia elettrica, riducendo cos? i consumi di altre fonti di energia.

In questo modo, le discariche stanno diminuendo molto la loro attivit? e limitandola a rifiuti di difficile ricircolazione, come certi rifiuti speciali.

Per quanto riguarda i termovalorizzatori, va tenuto presente che, purtroppo, l'energia che producono ? inferiore quasi sempre a quella che ? stata necessaria per ottenerli, motivo per cui il bilancio energetico resta comunque negativo, pur permettendo un certo recupero e dunque pur essendo il passivo di bilancio meno negativo che in passato.

Nell'ambito del riutilizzo, si sta sviluppando la cosiddetta economia circolare, che permette di utilizzare i rifiuti come nuove materie prime, talvolta anche con bilanci energetici vicini al pareggio. Questa sembra la via futura dello smaltimento, non appena si sia opportunamente organizzata la raccolta dei rifiuti, ancora oggi non sempre al massimo dell'efficienza possibile.

Uno dei rifiuti di pi? difficile smaltimento ? costituito dagli pneumatici usati, il rifiuto che li contiene venendo chiamato comunemente PFU, sigla di Pneumatici Fuori Uso.

La combustione del PFU ? uno degli esempi pi? classici di combustione inquinante: sono stati isolati pi? di 100 prodotti organici dalla sua combustione. Fra questi si trovano idrocarburi leggeri, composti monoaromatici, idrocarburi policiclici aromatici, composti organici parzialmente ossigenati, diossine e altri; tra l'altro, gli pneumatici contengono mediamente circa l'1,5% di zolfo (per la loro vulcanizzazione) e lo 0,4% di azoto, per cui si ha la formazione di ossidi di zolfo e ossidi d'azoto, fra gli inquinanti che pi? si cerca di evitare. Quindi, bench? sia in linea di principio una fonte di energia termica piuttosto efficiente (si calcola che la combustione di 1 kg di pneumatici dia la stessa energia di 0,7 kg di idrocarburi alifatici), la combustione degli pneumatici in inceneritore non ? auspicabile per l'alto numero di inquinanti che si produrrebbe e visto anche che alcuni tentativi di combustione nei cementifici hanno portato a danni e a conseguenti proteste degli abitanti delle zone antistanti gli stabilimenti.

D'altra parte, nonostante i tanti problemi connessi con la mobilit? privata, il settore ? tuttora molto importante e i requisiti di sicurezza stradale, sempre pi? stringenti, impongono sostituzioni degli pneumatici piuttosto frequenti, ragion per cui questo tipo di rifiuto ? sempre presente in quantit? abbondanti, comportando notevoli problemi per il relativo smaltimento e imponendo cos? un aggravio dei costi correlati al loro impiego.

Per lo smaltimento degli pneumatici e per il loro recupero, sono stati avviati recentemente processi di pirolisi e di devulcanizzazione.

Diversi sono i processi messi a punto per la pirolisi, con fortune alterne.

Bolder Industries ha messo a punto un reattore di pirolisi a coclea, riscaldato elettricamente, occupandosi soprattutto del recupero del nerofumo, tanto da aver messo a punto per questo pi? di 2000 diverse ricette. Enrestec ha messo a punto un reattore di pirolisi riscaldato indirettamente a gas, a due stadi a coclea, posti l'uno sopra l'altro, con temperatura maggiore nel reattore superiore, dove la reazione di pirolisi ha inizio. Si ottiene un nerofumo che rispetta gli standard ecologici europei.

New Energy ha messo a punto reattori semicontinui, che funzionano alternativamente in carico e scarico.

Reoil usa un reattore classico.

Pyrum utilizza un reattore verticale, dell'altezza di 20 m, con un ottimo controllo di pressione e temperatura.

In tutti i casi, per?, spesso l'olio di pirolisi ottenuto da questi processi non ? utilizzabile tal quale nelle possibili, successive lavorazioni industriali, dato che contiene ancora sostanze altrimenti inquinanti, fra cui il polverino di gomma, e sarebbe auspicabile un processo che permettesse di smaltire compiutamente gli pneumatici, ottenendo, oltre al nerofumo, un altro prodotto perfettamente riutilizzabile, senza creare ulteriori scarti.

Vi ? oggi una domanda crescente di possibili processi per migliorare la qualit? dell'olio di pirolisi, uniformandone le caratteristiche, cos? da ottenere un prodotto ad alto valore aggiunto, atto a sostituire i combustibili fossili attualmente utilizzati in alcuni importanti processi industriali. In questo ambito si inserisce a pieno titolo la presente invenzione.

Problema alla base dell?invenzione ? di proporre un processo di smaltimento degli pneumatici usati (PFU) che superi gli inconvenienti menzionati e che consenta un riutilizzo pieno e senza problemi ambientali del materiale ottenuto. Questo scopo viene raggiunto attraverso un processo per lo smaltimento di pneumatici usati (PFU), comprendente una fase di pirolisi degli pneumatici stessi, in cui si ottiene olio di pirolisi, caratterizzato da ci? che l'olio di pirolisi viene sottoposto, in una fase di lavorazione successiva, a una fase di raffinazione con idrogeno. Le rivendicazioni subordinate descrivono caratteristiche preferenziali dell?invenzione.

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

fig. 1 che ? uno schema di processo che raffigura le fasi del processo secondo una forma d'esecuzione della presente invenzione;

fig. 2 ? uno schema, analogo a quello di fig. 1, di una forma d'esecuzione alternativa della presente invenzione; e

fig. 3 ? uno schema, analogo ai due precedenti, di una seconda forma d'esecuzione alternativa della presente invenzione.

In base alla forma d'esecuzione illustrata nella fig. 1, gli pneumatici usati vengono alimentati al processo in 1; tale alimentazione viene presentata nel disegno come una conduttura, ma, data la natura di detta alimentazione, si tratta pi? facilmente di una tramoggia, di una coclea o di un altro dispositivo di trasporto per materiali solidi alla rinfusa. L'alimentazione 1 entra in un'unit? 2 di trattamento preliminare, da cui esce nella conduttura 3 un materiale nella forma pi? adatta alle operazioni successive. La conduttura 3 alimenta un reattore di pirolisi 4, dal quale escono tre flussi. Il flusso 5 porta polvere di nerofumo, come sottoprodotto vendibile. Il flusso 6 alimenta un reattore 7 di raffinazione con idrogeno e il flusso 8 alimenta un impianto di rigenerazione di olii usati. Dal reattore 7 escono alcuni flussi (tre nella figura) 9, 10 e 11 di prodotto finito.

La conduttura 8 alimenta una colonna 12 di distillazione per vaporizzazione parziale, dalla quale escono due flussi: un flusso 13 di frazione acquosa e uno 14 che viene alimentato a un separatore centrifugo 15. Un flusso 16 in uscita dal separatore centrifugo 15 alimenta una colonna di distillazione frazionata 17, dalla quale escono i flussi 18 di bitume (altro sottoprodotto vendibile), 19, 20, 21 e 22, che vengono alimentati a un'unit? 23 di raffinazione con idrogeno, da cui escono i flussi di prodotto 24, 25, 26 e 27.

In base alla forma d'esecuzione illustrata in fig. 2, gli pneumatici usati vengono alimentati in 1 a un'unit? 2 di trattamento preliminare, da cui il materiale da trattare esce nel formato adatto alle lavorazioni successive tramite la conduttura 3. La conduttura 3 alimenta a sua volta un reattore di pirolisi 4, dal quale escono un flusso di prodotto (polvere di nerofumo) 5 e un flusso 6 che alimenta un reattore 7 di raffinazione con idrogeno. Dal reattore 7 escono i flussi 9, 10 e 11 di prodotto finito.

Andando a esaminare la forma d'esecuzione alternativa di fig. 3, gli pneumatici usati vengono alimentati attraverso 1 all'unit? 2 di trattamento preliminare, da cui il materiale da trattare esce, tramite la conduttura 3, in una forma adatta alle lavorazioni successive.

La conduttura 3 alimenta poi un reattore 4 di pirolisi, da cui escono un flusso 5 di polvere di nerofumo, come sottoprodotto del processo secondo la presente invenzione, e un flusso 8, che alimenta una torre di distillazione per evaporazione parziale 12. Da questa escono un flusso di scarto 13 acquoso e un flusso 14 che alimenta un separatore centrifugo. Il materiale da trattare esce attraverso una conduttura 16 e alimenta una torre di distillazione frazionata 17. Da questa escono in 18 il bitume come sottoprodotto e dai flussi 19, 20, 21 e 22 il materiale da raffinare ulteriormente, che viene alimentato al reattore 23 di raffinazione con idrogeno, da cui escono i flussi 24, 25, 26 e 27 di prodotto utile.

Andando a esaminare cosa avviene nel processo, si parte dalla forma d'esecuzione di fig. 1.

Normalmente, l'unit? 2 di trattamento preliminare ? un trituratore, che riduce gli pneumatici in polvere o comunque in pezzi di dimensioni piccole, in modo da facilitarne la pirolisi tramite l'aumento dell'area superficiale. Quando la polvere entra nel reattore 4, viene sottoposta a pirolisi, a una temperatura elevata, superiore a 300 ?C, in assenza d'aria, cos? da evitare fenomeni di combustione. L'alta temperatura innesca reazioni di scissione dei polimeri che costituiscono gli pneumatici, cosicch? si formano per lo pi? idrocarburi alifatici a catena lunga, delle frazioni adatte per la preparazione di olii lubrificanti o di carburanti, come il gasolio. Per contro, una parte dei polimeri si deidrogenano, dando cos? origine al nerofumo. Come si ? visto, il nerofumo viene scaricato dal reattore in 5 come valido prodotto secondario, mentre l'olio di pirolisi prosegue per le fasi successive, diviso in due flussi. Sostanzialmente, l'olio di pirolisi in uscita dal reattore 4 di pirolisi viene suddiviso in un flusso 6 che alimenta un reattore 7 di raffinazione con idrogeno e in un flusso 8 che alimenta un impianto di rigenerazione di olii usati che comprende una fase finale di raffinazione con idrogeno. Detto impianto di rigenerazione di olii usati comprende una fase di distillazione frazionata, la cui coda ? costituita da bitume e le cui teste vengono sottoposte a una fase di raffinazione con idrogeno. Il flusso 6 va ad alimentare direttamente un reattore 7 di raffinazione con idrogeno dove tale raffinazione avviene nelle normali condizioni per la produzione di carburante e lubrificanti. L'altra parte, dove si concentrano la maggior parte delle impurezze derivate dalla pirolisi, impurezze che fino a oggi hanno di fatto reso il processo di pirolisi del PFU meno interessante di quanto si potesse ipotizzare, esce dal reattore nel flusso 8 e va ad alimentare una colonna 12 di distillazione a evaporazione parziale, dove viene sottoposta alla distillazione, a una temperatura poco pi? alta del punto di ebollizione dell'acqua, per esempio 140 ?C, e si ha la rimozione dell'acqua, che esce dallo sfiato 13. Un criterio per la suddivisione dell'olio di pirolisi nei due flussi 6 e 8 ? di inviare le frazioni compatibili col D.L. 152/06, Titolo IV, nel flusso 6 e le altre nel flusso 8. La conduttura 14 porta il materiale da trattare ulteriormente a un separatore centrifugo 15, dove si ha la rimozione di impurezze pi? pesanti, impurezze che poi possono essere ulteriormente trattate con processi come quelli messi a punto da Itelyum Regeneration in IT102020000001357, per ottenere bitumi di qualit?, per usi pi? nobili. Il prodotto da trattare esce dalla conduttura 16 e viene alimentato a una colonna 17 di distillazione frazionata che separa le diverse frazioni in 19, 20, 21 e 22, mentre il bitume, che costituisce la coda di distillazione, viene scaricato in 18.

Le frazioni 19, 20, 21, 22 vengono alimentate in un reattore 23, dove avviene la raffinazione con idrogeno e si ha l'uscita di basi per lubrificanti dalle condutture 24, 25, 26, 27. Generalmente, queste basi hanno un contenuto pi? alto in nafteni che in paraffine.

Secondo una variante di questo processo, si pu? alimentare i flussi 19, 20, 21, 22, anzich? a un reattore 23, a essi dedicato, direttamente al reattore 7, dove confluisce anche la conduttura 6, miscelando poi i prodotti finali, qualora ci? sia economicamente pi? vantaggioso.

Un processo come quello descritto in fig. 1 richiede un'installazione piuttosto grande, ma ha il vantaggio di spingere molto la purificazione delle frazioni di prodotto, aumentandone la valorizzazione, ottimizzando anche i consumi, dato che una parte del materiale, gi? di qualit? adatte all'immissione in commercio, viene direttamente raffinatsa con idrogeno nel reattore 7.

Il processo secondo fig. 2 ? semplificato rispetto a quello di fig.1. In pratica, dopo la fase di pirolisi nel reattore 4, solo un flusso 6, contenente olio di pirolisi, viene inviato al reattore 7 per la raffinazione con idrogeno e si hanno i flussi di carburanti e di basi per lubrificanti 9, 10, 11. Generalmente, le basi ottenute hanno un contenuto pi? alto in nafteni che in paraffine.

Un processo di questo tipo porta a un prodotto non molto pulito, ma comporta costi di installazione e di esercizio pi? bassi. ? vantaggioso nel caso non si cerchino prodotti a valore aggiunto molto alto.

Anche il processo secondo fig. 3 comporta un'installazione pi? semplice di quella di fig. 1. Sostanzialmente, l'olio di pirolisi in uscita dal reattore 4 di pirolisi alimenta un impianto di rigenerazione di olii usati che comprende una fase finale di raffinazione con idrogeno. Cos?, dopo la fase di pirolisi e lo scarico del neerofumo in 5, l'olio di pirolisi viene inviato, tramite un solo flusso 8, alla colonna 12 di distillazione a evaporazione parziale, da dove viene allontanata acqua dallo scarico 13 e l'olio esce dalla conduttura 14, per alimentare un separatore centrifugo 15. Dal separatore centrifugo 15, il materiale da trattare esce tramite la conduttura 16 e va ad alimentare la colonna di distillazione frazionata 17, da cui escono bitume come coda dalla conduttura di scarico 18 e i prodotti nei flussi 19, 20, 21, 22, che vanno a subire un trattamento di raffinazione con idrogeno nel reattore 23, da cui escono carburanti (normalmente del taglio del gasolio) e basi per lubrificanti nei flussi 24, 25, 26, 27. Generalmente, queste basi hanno un contenuto pi? alto in nafteni che in paraffine. Questo processo d? la qualit? dei prodotti migliore e costi di installazione non elevatissimi, pur con una riduzione del rendimento energetico rispetto alla forma d'esecuzione di fig.1, dato che richiede che tutto l'olio venga sottoposto all'intero processo di rigenerazione di olii usati.

Punto chiave del processo ? comunque la raffinazione con idrogeno dell'olio di pirolisi, unico trattamento che rimuove completamente ed efficacemente il particolato dall'olio di pirolisi degli pneumatici, rendendo il recupero di questi materiali, oggi difficili da smaltire, completamente riciclabili in materiali utilizzabili per altri scopi industriali. In questo modo, la presente invenzione permette di compensare il consumo odierno di prodotti petroliferi, valorizzando un rifiuto che in Italia oggi viene ancora ampiamente esportato, eliminando inoltre quasi tutti gli scarichi da smaltire nello smaltimento degli pneumatici usati.

S?intende comunque che l?invenzione non deve considerarsi limitata alla particolare disposizione illustrata sopra, che costituisce soltanto una forma di esecuzione esemplificativa di essa, ma che diverse varianti sono possibili, tutte alla portata di un tecnico del ramo, senza per questo uscire dall?ambito di protezione dell?invenzione stessa, come definito dalle rivendicazioni che seguono.

ELENCO CARATTERI DI RIFERIMENTO

1 Alimentazione PFU

2 Unit? di trattamento preliminare

3 Conduttura

4 Reattore di pirolisi

5 Conduttura

6 Conduttura

7 Reattore di raffinazione con idrogeno

8 Conduttura

9 Conduttura

10 Conduttura

11 Conduttura

12 Colonna di distillazione per evaporazione parziale 13 Conduttura

14 Conduttura

15 Separatore centrifugo

16 Conduttura

17 Colonna di distillazione frazionata

18 Conduttura

19 Conduttura

20 Conduttura

21 Conduttura

22 Conduttura

23 Reattore di raffinazione con idrogeno

24 Conduttura

25 Conduttura

26 Conduttura

27 Conduttura

Claims

RIVENDICAZIONI

1) Processo per lo smaltimento di pneumatici usati (PFU), comprendente una fase di pirolisi degli pneumatici stessi, in cui si ottiene olio di pirolisi, caratterizzato da ci? che l'olio di pirolisi viene sottoposto, in una fase di lavorazione successiva, a una fase di raffinazione con idrogeno.

2) Processo come in 1), caratterizzato da ci? che l'olio di pirolisi in uscita dal reattore (4) di pirolisi viene suddiviso in un flusso (6) che alimenta un reattore (7) di raffinazione con idrogeno e in un flusso (8) che alimenta un impianto di rigenerazione di olii usati che comprende una fase finale di raffinazione con idrogeno.

3) Processo come in 2), caratterizzato da ci? che detto impianto di rigenerazione di olii usati comprende una fase di distillazione frazionata, la cui coda ? costituita da bitume e le cui teste vengono sottoposte a una fase di raffinazione con idrogeno e da ci? che detta raffinazione con idrogeno avviene nello stesso reattore (7) di raffinazione con idrogeno dove confluisce il flusso (6).

4) Processo come in 1), caratterizzato da ci? che l'olio di pirolisi in uscita dal reattore (4) di pirolisi alimenta un reattore (7) di raffinazione con idrogeno.

5) Processo come in 1), caratterizzato da ci? che l'olio di pirolisi in uscita dal reattore (4) di pirolisi alimenta un impianto di rigenerazione di olii usati che comprende una fase finale di raffinazione con idrogeno.