IT9020042A1

IT9020042A1 - PLANT FOR DISPOSAL OF SOLID WASTE AND RELATED PROCEDURE

Info

Publication number: IT9020042A1
Application number: IT020042A
Authority: IT
Inventors: Paolo Amadesi
Original assignee: Deterchimica Srl
Priority date: 1990-04-13
Filing date: 1990-04-13
Publication date: 1991-10-13
Also published as: IT1246381B; IT9020042A0

Description

D E S C R I Z IO N E DESCRIPTION

La presente invenzione ha per aggetto un impianta modulare a ciclo semidiscontinuo per lo smaltimento dei rifiuti solidi ed un procedimento che utilizza tale impianto. The present invention relates to a semi-discontinuous cycle modular plant for the disposal of solid waste and a process that uses such plant.

I rifiuti solidi vengono normalmente classificati in rifiuti urbani , industriali, tossici o nocivi, assimilati. Attualmente lo smaltimento di tali rifiuti viene effettuato secondo una delle seguenti modalità: Solid waste is normally classified as urban, industrial, toxic or harmful, assimilated waste. Currently the disposal of such waste is carried out in one of the following ways:

a) accumulo in discariche di tipo diverso; a) accumulation in different types of landfills;

b) incenerimento utilizzando in parte il calore di combustione dei rifiuti stessi; oppure b) incineration using in part the heat of combustion of the waste itself; or

c) incenerimento mediante calore fornito esclusivamente da combustibile esterno. c) incineration with heat supplied exclusively from external fuel.

Tutti questi procedimenti presentano perù inconvenienti più o meno marcati. Mentre infatti il metodo b) è quasi sempre preferito rispetto a c) per il prevedibile minore costo di gestione, il metodo a) viene utilizzato logicamente dove esso è possibile, oppure come sistema per collocare i rifiuti del trattamento b). In realtà si sono verificati vari inconvenienti nell'uso degli inceneritori , ad esempio la formazione di catene cicliche clorurate gassose e di NOx non abbattibili ed altamente inquinanti, oltre a consumi di combustibile più elevati del previsto dato lo scarso potere calorifico del rifiuto urbano. Quest'ultimo fattore può produrre un decremento della temperatura media di incenerimento, con scarso fattore di riduzione del volume di residuo, con incompleto abbattimento batterico dello stesso, e conseguente rovesciamento del problema sulle discariche del punto a). However, all these processes have more or less marked drawbacks. While in fact method b) is almost always preferred over c) due to the foreseeable lower management cost, method a) is logically used where it is possible, or as a system to place the waste from treatment b). In reality, various drawbacks have occurred in the use of incinerators, for example the formation of cyclical chlorinated gaseous and NOx chains that cannot be reduced and highly polluting, as well as higher fuel consumption than expected given the low calorific value of urban waste. This last factor can produce a decrease in the average incineration temperature, with a poor reduction factor in the volume of residue, with incomplete bacterial abatement of the same, and consequent reversal of the problem on the landfills of point a).

Le attuali normative di legge vigenti in molti paesi hanno regolato in modo assai preciso e severo una serie di parametri di funzionamento e di impatto ambientale, ai quali è complicato adeguare gli impianti esistenti e rende costose e di difficile gestione le realizzazioni di nuovi impianti. Tutte queste circostanze hanno in pratica fatto in modo che gran parte degli inceneritori di tipo b) sia attualmente sotto revisione, anche perchè tali impianti potrebbero essere gestiti con spese accettabili solo se di elevata potenzialità, cioè se in grado di trattare quantità di rifiuti provenienti da aree comprensori ali di notevoli estensioni, creando cosi la necessità di allestire una buona rete giornaliera di trasporti viari. The current legal regulations in force in many countries have regulated in a very precise and severe way a series of operating parameters and environmental impact, to which it is difficult to adapt existing plants and makes the construction of new plants expensive and difficult to manage. In practice, all these circumstances have ensured that most of the type b) incinerators are currently under review, also because these plants could be managed with acceptable costs only if of high potential, i.e. if they are able to treat quantities of waste from areas with large extensions, thus creating the need to set up a good daily network of road transport.

Per tale motivo molti centri produttori di rifiuti particolari, come ad esempio gli ospedali, hanno la necessità di smaltire in loco la loro produzione, e quindi di installare piccoli inceneritori le cui caratteristiche sono generalmente una via di mezzo tra gli impianti di tipo b) e c>, e questo con elevate e spesso insostenibili spese di gestione. Tornando agli impianti di tipo c), c'è da notare che essi presentano costi di combustibile estremamente elevati, tanto da renderli praticamente inadeguati in molti casi. Essi del resto non potrebbero trattare rifiuti industriali con caratteristiche chimicofisiche particolari, come ad esempio le fibre di amianto prodotte in quantità considerevole dalle ferrovie nel decoibentamento delle vetture ferroviarie. For this reason, many centers producing particular waste, such as hospitals, need to dispose of their production on site, and therefore to install small incinerators whose characteristics are generally a middle ground between type b) and type c plants. >, and this with high and often unsustainable management costs. Returning to type c) plants, it should be noted that they have extremely high fuel costs, so much so that they are practically inadequate in many cases. Moreover, they would not be able to treat industrial waste with particular chemical-physical characteristics, such as asbestos fibers produced in considerable quantities by the railways in the decohibition of railway cars.

La soluzione attuale dello smaltimento dei rifiuti resta quindi ancora affidata al reperimento continuo di discariche nuove, ma logicamente con rilevanti oneri economici e problemi ecologici di tale portata da renderne superflua l'analisi. La conformazione e le modalità di funzionamento degli inceneritori sono infatti sottoposte a normative che ne condizionano il funzionamento, orientandone la progettazione verso determinate scelte e soluzioni. L'insieme delle normative non riguarda in-Fatti solo la combustione come tale e l'incenerimento vero e proprio, ma anche l'intero sistema dell'alimentazione -fino alle emissioni . The current solution of waste disposal therefore still remains entrusted to the continuous finding of new landfills, but logically with significant economic burdens and ecological problems of such magnitude as to make their analysis superfluous. The conformation and operating modes of incinerators are in fact subject to regulations that affect their operation, orienting their design towards certain choices and solutions. In fact, the set of regulations does not only concern combustion as such and actual incineration, but also the entire fuel system - up to emissions.

Vengono infatti in particolare prese in considerazione a) il tipo di rifiuti, b) le caratteristi che di combustione, c) le caratteristiche di emissione che condizionano le linee di trattamento dei fumi, e d) lo smaltimento dei residui liquidi e solidi . In fact, particular consideration is given to a) the type of waste, b) the combustion characteristics, c) the emission characteristics that affect the flue gas treatment lines, and d) the disposal of liquid and solid residues.

Come ricordata sopra i rifiuti possono essere classificati come urbani, speciali, tossici o nocivi, e per ognuno di essi si prevede una modalità di incenerimento diversa. In particolare sono previsti differenti livelli di temperatura, per cui come conseguenza anche differenti tipi di rifiuti dovrebbero essere smaltiti in impianti diversi. Un'eccezione è data dai cosiddetti rifiuti assimilabili, che possono essere smaltiti anche in impianti per rifiuti urbani, tra i quali meritano attenzione i rifiuti ospedalieri per i quali si sta concretizzando 1'orientamento allo smaltimento negli impianti per i rifiuti urbani solidi. As mentioned above, waste can be classified as urban, special, toxic or harmful, and for each of them a different method of incineration is envisaged. In particular, different temperature levels are envisaged, so as a consequence also different types of waste should be disposed of in different plants. An exception is given by the so-called assimilable waste, which can also be disposed of in municipal waste plants, among which hospital waste deserves attention, for which the orientation towards disposal in plants for solid urban waste is taking shape.

Le normative attualmente in uso prescrivono in pratica l'adozione di una camera di combustione caratterizzata dai seguenti parametri operativi: The regulations currently in use prescribe in practice the adoption of a combustion chamber characterized by the following operating parameters:

- temperatura - temperature

- velocità dei gas - gas velocity

- tempo di contatto, e - contact time, e

- concentrazione minima dell'ossigeno. - minimum oxygen concentration.

La prescritta adozione della camera influenza i progetti e li unifica notevolmente, oltre a dividere la zona di combustione in due parti fortemente differenziate che alterano la struttura classica del forno. L'adozione della camera secondaria incrementa inoltre il volume di combustione e i costi di costruzione e di gestione degli impianti convenzionali . The prescribed adoption of the chamber influences the projects and greatly unifies them, as well as dividing the combustion area into two strongly differentiated parts that alter the classic structure of the oven. The adoption of the secondary chamber also increases the combustion volume and the construction and management costs of conventional plants.

Le normative vigenti prevedono due livelli di temperatura, vale a dire 850-1050°C per i rifiuti solidi urbani (abbreviati in seguito in RSU) e assimilabili, e 1200°C per i rifiuti tossici o nocivi con composti clorurati in percentuale superiore al 27.. L'elevata temperatura prevista per i rifiuti tossici o nocivi impone l'uso di bruciatori ausiliari e il preriscaldamento dell'aria, recuperatori di calore di particolari caratterietiche, la limitazione dell'eccesso di aria, la scelta opportuna di re-frattari selezionati e controlli automatici di alimentazione. In particolare i refrattari dovrebbero essere scelti in base all'acidità dei fumi e a seconda che l'impianto funzioni in modo continuo o discontinuo, per cui, essendo la tipologia dei rifiuti continuamente variabile, le norme ne rendono problematica la scelta ottimale. The regulations in force provide for two temperature levels, namely 850-1050 ° C for municipal solid waste (subsequently abbreviated as MSW) and similar, and 1200 ° C for toxic or harmful waste with chlorinated compounds in a percentage higher than 27 .. The high temperature foreseen for toxic or noxious waste requires the use of auxiliary burners and preheating of the air, heat recovery units with particular characteristics, the limitation of excess air, the appropriate choice of selected refractories and automatic feeding controls. In particular, the refractories should be chosen on the basis of the acidity of the fumes and depending on whether the plant operates continuously or discontinuously, therefore, being the type of waste continuously variable, the standards make the optimal choice problematic.

Le normative prevedono inoltre che i fumi entrino nella camera di post-combustione con velocità non inferiore a 10 m/s per assicurare una sufficiente turbolenza e quindi una combustione completa per cui lo studio fluidodinamico di tale camera deve essere oggetto di particolari attenzioni; un particolare rapporto tra il volume della post-camera e la portata dei fumi (tempo di residenza); il controllo delleemissioni, vale a dire di polveri, metalli pesanti totali, idrocarburi aromatici policiclici, composti policiclici clorurati, acidi alogenidrici, cianuri, fosforo, SDx e NOx. Logicamente per ognuna di queste emissioni si devono prendere dei provvedimenti particolari. Cosi i valori prescritti per le polveri sono tali da imporre l'uso di sistemi di abbattimento anche con sezioni in serie, e questo mediante filtri a maniche o elettrostatici, sistemi che generalmente costituiscono quasi la metà dell'intero impianto. The regulations also provide that the fumes enter the post-combustion chamber with a speed of no less than 10 m / s to ensure sufficient turbulence and therefore complete combustion, so the fluid-dynamic study of this chamber must be the subject of particular attention; a particular relationship between the volume of the post-chamber and the flow of fumes (residence time); control of emissions, ie of dust, total heavy metals, polycyclic aromatic hydrocarbons, chlorinated polycyclic compounds, halogenhydric acids, cyanides, phosphorus, SDx and NOx. Logically, for each of these emissions special measures must be taken. Thus the values prescribed for the dusts are such as to require the use of abatement systems even with sections in series, and this by means of bag or electrostatic filters, systems that generally make up almost half of the entire plant.

Scopa della presente invenzione era quindi quello di mettere a disposizione un nuovo impianto per lo smaltimento dei rifiuti che evitasse o riducesse al minimo gli inconvenienti menzionati sopra con spese di gestione ridotte, fosse di facile modularità e si adeguasse alle normative attualmente vigenti. Si voleva in particolare trovare un impianto che permettesse il ricupera totale o parziale dei singoli elementi per sublimazione e/o condensazione frazionata, eliminando cosi in gran parte il problema dello smaltimento dei residui solidi, riutilizzandoli come fertilizzanti ad alta attività, con un'elevatissima riduzione di volume e un'analoga cospicua riduzione delle polluzioni atmosferiche, tale da minimizzare l'impatto con l'ecosistema. The aim of the present invention was therefore to make available a new waste disposal plant which avoids or minimizes the aforementioned drawbacks with reduced management costs, is easily modular and adapts to the regulations currently in force. In particular, we wanted to find a plant that would allow the total or partial recovery of the individual elements by sublimation and / or fractional condensation, thus largely eliminating the problem of disposal of solid residues, reusing them as high-activity fertilizers, with a very high reduction. of volume and a similar conspicuous reduction of atmospheric pollution, such as to minimize the impact with the ecosystem.

Questo scopo ha potuto essere raggiunto secondo l'invenzione con un nuovo impianto modulare a ciclo semi discontinuo basato sul principio della termodi ssociaz ione ad altissima temperatura mediante la parziale ossidazione dei composti e dei singoli elementi, utilizzando aria arricchita in ossigeno a concentrazioni molari di oltre il 957. e che viene ottenuta tramite un impianto di separazione bifasica per diffusione in mezzi polimerici, in controcorrente pluristadio, con portata di 250 kg/ora di ossigeno. This purpose could be achieved according to the invention with a new semi-discontinuous modular cycle system based on the principle of very high temperature thermodynamics through the partial oxidation of compounds and individual elements, using air enriched in oxygen at molar concentrations of over 957. and which is obtained through a biphasic separation plant by diffusion in polymeric media, in multi-stage countercurrent, with a flow rate of 250 kg / hour of oxygen.

L'impianto proposto ha dimensioni globali pari a due containers, in modo da poterne anche consentire il montaggio su un mezzo mobile per effettuare lo smaltimento in prossimità dei luoghi di raccolta. Se necessario lo stesso complesso o un complesso plurimodul are possono essere alternativamente oggetto di installazioni fisse ad alta ed altissima produttività. The proposed plant has overall dimensions equal to two containers, so that it can also be mounted on a mobile vehicle for disposal near the collection points. If necessary, the same complex or a multimodule complex can alternatively be the subject of fixed installations with high and very high productivity.

Oggetto dell'invenzione è quindi un impianto modulare a ciclo discontinuo per lo smaltimento dei rifiuti, il quale si compone essenzialmente a) di un dispositivo di alimentazione, b) di una zona di caricamento che serve ad introdurre i rifiuti in c> una camera di ossidazione (CO), nella quale viene introdotta aria arricchita in ossigeno da un generatore apposito e che si compone di una sezione tubolare di ossidazione vera e propria e di tre sezioni tubolari di espansione adiabatica (VES) , d) di un generatore di aria arricchita, e) di una sezione di espansione, raffreddamento e condensazione (CON) collegata con la CO da una valvola che, aprendosi quando vengono raggiunti i valori adatti della temperatura e pressione, permette di fare fluire i prodotti gassosi dalla CO alla CON, ed infine f) di zone di neutralizzazione o raccolta dei residui . The object of the invention is therefore a modular system with a discontinuous cycle for the disposal of waste, which essentially consists of a) a feeding device, b) a loading area which serves to introduce the waste into a storage chamber. oxidation (CO), in which oxygen-enriched air is introduced by a special generator and which consists of a real oxidation tubular section and three adiabatic expansion tubular sections (VES), d) of an enriched air generator , e) an expansion, cooling and condensation section (CON) connected to the CO by a valve which, opening when the suitable temperature and pressure values are reached, allows the gaseous products to flow from the CO to the CON, and finally f) areas of neutralization or collection of residues.

Mentre la descrizione concluderà con rivendicaz ioni che mettono in particolare risalto e rivendicano distintamente la presente invenzione, si crede che il trovato in oggetto verrà meglio compreso dalla discussione seguente assieme con i disegni acclusi, in cui: While the description will conclude with claims which particularly emphasize and distinctly claim the present invention, it is believed that the subject invention will be better understood from the following discussion together with the accompanying drawings, in which:

- la -figura 1 rappresenta uno schema generale del 1'impianto, - figure 1 represents a general scheme of the system,

- la -figura 2 è una vista laterale della CO VES sezionati secondo i diametri dei tubi, - figure 2 is a side view of the CO VES sectioned according to the diameters of the pipes,

- la -figura 3 non è altro che la -figura 1 vista da sinistra , - figure 3 is none other than figure 1 seen from the left,

- la -figura 4 non è altro che la -figura 1 vista da destra , - figure 4 is none other than figure 1 seen from the right,

- la -figura 5 è un grafico illustrante l'andamento della temperatura e della pressione nel tempo durante diversi cicli operativi, - figure 5 is a graph illustrating the trend of temperature and pressure over time during different operating cycles,

- la figura 6 è una vista assonometri ca della estremità del 1'arricchì tore di ossigeno che illustra i collegamenti tra i vari stadi, Figure 6 is an axonometric view of the end of the oxygen enricher illustrating the connections between the various stages,

- la figura 7 è una vista uguale a quella della figura 6 ma della estremità opposta, - figure 7 is a view equal to that of figure 6 but of the opposite end,

la figura 8 rappresenta la sezione longitudinale interrotta di uno dei tubi con tubicini che si trova nel 'arriechitore e che verrà più dettagliatamente descritto in seguito, figure 8 represents the interrupted longitudinal section of one of the tubes with small tubes located in the arrester and which will be described in more detail below,

- la figura 9 rappresenta un particolare ingrandito della figura 7, evidenziente la connessione tra i singoli tubicini all'interno del rispettivo tubo, - la figura 10 è un particolare ingrandito preso lungo la traccia IX-IX della figura 8, - figure 9 represents an enlarged detail of figure 7, showing the connection between the single tubes inside the respective tube, - figure 10 is an enlarged detail taken along the line IX-IX of figure 8,

- la figura 11 è uno schema illustrante indicativamente i collegamenti tra i vari volumi dei tubi del1'arricchi tore. Figure 11 is a diagram illustrating the connections between the various volumes of the enrichment tubes.

C'è qui da mettere in evidenza come i disegni siano esclusivamente rappresentat ivi e quindi non vogliono rispecchiare dimensioni reali. Essi devono pertanto servire unicamente a dare un'idea globale dell'invenzione e renderla comprensibile. Here it is necessary to highlight how the drawings are exclusively represented there and therefore do not want to reflect real dimensions. They must therefore only serve to give a global idea of the invention and make it understandable.

Tornando all'impianto in oggetto e al suo funzionamento, si può subito notare che il calore prodotto è potenzialmente in grado di elevare la temperatura fino a 2700°C. Tale temperatura è del resto regolabile in funzione del refrattario adattato, per cui anche con temperature inferiori a 2200° C si possono ottenere i singoli elementi e composti allo stato gassoso che, dopo riciclo in una cella di ossidazione, passano in un condotto di raffreddamento ove avviene la condensazione frazionata dei vari residui, evitando in tal modo il formarsi di sostanze nocive mediante gradiente termico controllato. Returning to the plant in question and its operation, it can be immediately noted that the heat produced is potentially capable of raising the temperature up to 2700 ° C. Moreover, this temperature is adjustable according to the adapted refractory, so that even with temperatures below 2200 ° C it is possible to obtain the individual elements and compounds in the gaseous state which, after recycling in an oxidation cell, pass into a cooling duct where the fractional condensation of the various residues occurs, thus avoiding the formation of harmful substances by means of a controlled thermal gradient.

Il procedimento che utilizza l'impianto oggetto della presente invenzione consente di ottenere prodotti solidi non nocivi in volume dell'IX circa, fissando chimicamente gli elementi gassasi reattivi, onde scaricare nell'ambiente i gas residui alle concentrazioni e nelle quantità richieste dalle leggi vigenti. The process that uses the plant object of the present invention allows to obtain non-harmful solid products in volume of about IX, chemically fixing the reactive gasase elements, in order to discharge the residual gases into the environment at the concentrations and quantities required by the laws in force.

Dato che lo scarico finale di gas e/o vapori avviene a temperature relativamente basse in volume ridotto, l'impianto non presenta inoltre particolari difficoltà di controllo nè di smaltimento dei residui solidi ridotti in stato non nocivo. C'è infine da notare che 1 'arricchìtore in ossigeno può trovare rilevanti applicazioni in campo industriale, sia come ausilio alla combustione che nella sovralimentazione di motori a combustione interna o per un generico e differenziato uso ambientale. Since the final discharge of gases and / or vapors takes place at relatively low temperatures in a reduced volume, the plant also does not present particular difficulties in controlling or disposing of the reduced solid residues in a harmless state. Finally, it should be noted that the oxygen enrichment can find relevant applications in the industrial field, both as an aid to combustion and in the supercharging of internal combustion engines or for a generic and differentiated environmental use.

Per quanto concerne le normative vigenti menzionate sopra, si deve inoltre notare come con l'impianto in oggetto esse non vengono solo rispettate ma anche bypassate in modo estremamente elegante. As regards the regulations in force mentioned above, it should also be noted that with the system in question they are not only respected but also bypassed in an extremely elegant way.

Si era ricordata in precedenza come -fosse prescritta l 'adozione di una camera secondaria, la scelta di refrattari selezionati, una data velocità dei fumi in entrata e il controllo delle emissioni. Nell'impianto dell'invenzione la camera di past-ossi dazione è già prevista nel corpo del forno e presenta volumi notevolmente ridotti; le temperature raggiungibili massime sono dell'ordine di 2500°C, ed essendo l'atmosfera ossidante, il refrattario deve essere basico; le temperature raggiunte consentano di considerare le polveri iniziali come rifiuti, ed essendo il condensato/sublimato finale ad alta densità, ciò preserva dalla polluzione eccessiva di polveri . It was previously recalled that the adoption of a secondary chamber, the choice of selected refractories, a given speed of the incoming fumes and the control of emissions were required. In the plant of the invention, the paste-oxidation chamber is already provided in the body of the furnace and has considerably reduced volumes; the maximum temperatures that can be reached are of the order of 2500 ° C, and since the atmosphere is oxidizing, the refractory must be basic; the temperatures reached make it possible to consider the initial powders as waste, and since the final condensate / sublimate is high density, this protects it from excessive dust pollution.

Si deve anche notare che mediamente nei rifiuti solidi urbani le quantità di metalli pesanti vanno da 750 ppm per il piombo a 10 ppm per il cadmio, a 1600 ppm per lo zinco fino a 1,8 ppm per il mercurio. Tali quantità divengono nei rifiuti domestici rispetti variente di 140 ppm, 2 ppm, 820 ppm e 3,2 ppm. Alle temperature di combustione presenti nell'impianto in oggetto, i metalli passano allo stato di ossido gassosa e si ritrovano generalmente nei fumi e vengono recuperati nel sublimatore contenuto nel circuito. Non essendo poi gli idrocarburi usati come combustibile, essi sono praticamente assenti e i composti clorurati sona dovuti alle sole materie plastiche tipo PVC. L'emissione è controllata dalla temperatura, e nel caso in oggetto essa è tale da distruggere i composti suddetti. It should also be noted that on average in municipal solid waste the quantities of heavy metals range from 750 ppm for lead to 10 ppm for cadmium, to 1600 ppm for zinc up to 1.8 ppm for mercury. These quantities become in household waste with respect to variations of 140 ppm, 2 ppm, 820 ppm and 3.2 ppm. At the combustion temperatures present in the plant in question, the metals pass to the state of gaseous oxide and are generally found in the fumes and are recovered in the sublimator contained in the circuit. Since the hydrocarbons are not used as fuel, they are practically absent and the chlorinated compounds are due only to plastic materials such as PVC. The emission is controlled by the temperature, and in the present case it is such as to destroy the above compounds.

L'elevata temperatura utilizzata riduce inoltre fortemente la quantità degli acidi alogenidrici e degli ossidi dello zolfo e dell'azoto. Si può infatti notare che la S02 e SOs sono in misura ridottissima data l'assenza di idrocarburi, e che gli ossidi di azoto vengono automaticamente ridotti in partenza di almeno sedici volte rispetto ai normali inceneritori. Un altro scopo della presente invenzione era quello di ricuperare totalmente o parzialmente i singoli elementi per sublimazione frazionata, eliminando cosi in gran parte il problema dell'eliminazione dei residui solidi. A tal fine è estremamente importante l'impianto di raffreddamento, che permette di riutilizzare i singoli elementi come ad esempio ferti1izzanti ad alta attività. The high temperature used also strongly reduces the quantity of halogenhydric acids and sulfur and nitrogen oxides. It can in fact be noted that S02 and SOs are very low due to the absence of hydrocarbons, and that nitrogen oxides are automatically reduced at least sixteen times from the start compared to normal incinerators. Another object of the present invention was that of totally or partially recovering the individual elements by fractional sublimation, thus largely eliminating the problem of eliminating solid residues. To this end, the cooling system is extremely important, as it allows the individual elements to be reused, such as high activity fertilizers.

Da quanto esposto appare evidente che l'impianto oggetto dell'invenzione è notevolmente aderente alle specifiche imposte dalle norme vigenti, ed inoltre consente un'elevatissima riduzione del volume dei residui solidi , una loro trasformazione in sostanze utili e un'analoga riduzione delle polluzioni atmosferiche tale da minimizzare l'impatto con l'ecosistema. From the foregoing it is clear that the plant object of the invention is remarkably compliant with the specifications imposed by the regulations in force, and also allows a very high reduction in the volume of solid residues, their transformation into useful substances and a similar reduction in atmospheric pollution. such as to minimize the impact with the ecosystem.

Oggetto dell'invenzione è quindi anche un procedimento per smaltire rifiuti solidi, in particolare rifiuti urbani, il quale è caratterizzato dal fatto che esso si basa sulla ossidazione della frazione ossidabile dei rifiuti mediante un flusso gassoso di ossigeno ad oltre il 90-95X. The object of the invention is therefore also a process for disposing of solid waste, in particular urban waste, which is characterized in that it is based on the oxidation of the oxidizable fraction of the waste by means of a gaseous flow of oxygen at over 90-95X.

Il calore di ossidazione, anche di solo una parte dei rifiuti, consente di ottenere temperature in grado di portare l'ossigeno entrante in parte allo stato monoatomico, di volatilizzare e di dissociare ogni composto molecolare non ossidabile presente, di mantenere tale processo anche per i composti intermedi volatili in ricircolo, e successivamente di condensare e sublimare i singoli elementi, riducendo al massimo la formazione successiva di composti gassosi tossici e/o nocivi. The heat of oxidation, even of only a part of the waste, allows to obtain temperatures capable of bringing the oxygen entering in part to the monoatomic state, to volatilize and dissociate any non-oxidable molecular compound present, to maintain this process also for the volatile intermediates in recirculation, and subsequently to condense and sublimate the individual elements, minimizing the subsequent formation of toxic and / or noxious gaseous compounds.

Il flusso gassoso ossigenato viene ottenuto mediante semplice ventilazione di aria atmosferica attraverso un sistema fluidodinamico statico in controcorrente a separazione bifasica per diffusione molecolare attraversa una barriera di materiale multipoiimerico di piccola spessore, con superficie equivalente totale di altre 20000 m2 , a 14 stadi con rispettive superi ici decrescenti con legge iperbolica. Il modulo standard genera una portata di ossigeno di oltre 250 kg/ora che, mediante compressore con 5P max di circa 50 bar, viene iniettato entro un volume cilindrico nel quale è introdotto il rifiuto compresso mediante pistoni idraulici. The oxygenated gaseous flow is obtained by simple ventilation of atmospheric air through a static fluid dynamic system in countercurrent with biphasic separation by molecular diffusion through a barrier of thin multipoiimeric material, with a total equivalent surface of another 20,000 m2, at 14 stages with respective exceedances. decreasing with hyperbolic law. The standard module generates an oxygen flow rate of over 250 kg / hour which, by means of a compressor with max 5P of about 50 bar, is injected into a cylindrical volume into which the compressed waste is introduced by means of hydraulic pistons.

Nel funzionamento dell'impianto dell'invenzione, il procedimento di ossidazione viene effettuato "on line", praticamente in assenza di azoto atmosferico, in modo semidiscontinuo, in ambiente a ciclo chiuso, su un volume di rifiuti compattato costantemente presente nella cella di ossidazione pari a 20 kg, mediante ignizione iniziale con fiamma ossiacetilenica, e il calore ottenuta in tale cella può elevare la temperatura media del solido e del fluido ossidato sino a valori di temperatura/pressione limite di 2700°C/50 bar. In the operation of the plant of the invention, the oxidation process is carried out "on line", practically in the absence of atmospheric nitrogen, in a semi-discontinuous way, in a closed cycle environment, on a volume of compacted waste constantly present in the oxidation cell equal to to 20 kg, by initial ignition with an oxyacetylene flame, and the heat obtained in this cell can raise the average temperature of the solid and of the oxidized fluid up to limit temperature / pressure values of 2700 ° C / 50 bar.

Verrà ora descritto più dettagliatamente l'impianto oggetto della presente invenzione, con riferimento in particolare alla camera o cella di ossidazione e alla sezione di condensazione. The plant object of the present invention will now be described in more detail, with particular reference to the oxidation chamber or cell and to the condensation section.

La cella di ossidazione (CO) - vedere figura 2 - è seguita da un dispositivo tubolare di espansione adiabatica (VES) coibentato all'interno, con diametro utile di circa 600 mm, diametro esterno di circa 900 mm, in acciaia AISI 314, di spessore pari a 50 mm e atto a contenere una pressione gassosa massima di oltre 50 bar. The oxidation cell (CO) - see figure 2 - is followed by a tubular adiabatic expansion device (VES) insulated inside, with a useful diameter of about 600 mm, an external diameter of about 900 mm, in AISI 314 steel, of thickness equal to 50 mm and able to contain a maximum gas pressure of over 50 bar.

Il VES ha una lunghezza complessiva di circa 15 m, suddivisa in tre sezioni di circa 5000 mm di lunghezza, raccordate tra loro, di volume interno totale di circa 4 m<3>, in modo che<' >i prodotti gassosi uscenti dalla CO possano rientrarvi attraverso l'estremità finale della sezione tubolare suddetta. I tre tratti del VES sono disposti sopra il cilindro di caricamento con disposizione a forma di triangolo equilatero (figure 3 e 4). The VES has an overall length of about 15 m, divided into three sections of about 5000 mm in length, connected to each other, with a total internal volume of about 4 m <3>, so that <'> the gaseous products coming out of the CO can re-enter through the final end of the aforementioned tubular section. The three sections of the VES are arranged above the loading cylinder in an equilateral triangle-shaped arrangement (Figures 3 and 4).

Al termine dell'ultima tratto del VES, attraverso una valvola automatica di sovrapressione in tungsteno, a livello di funzionamento regolabile, il fluido gassoso passa in una successiva sezione di espansione, raffreddamento e condensazione (CON) formata da una tubazione in acciaio al tungsteno, di diametro di 600 mm, in cui è contenuta una doppia spirale concentrica di tubi in acciaio al tungsteno, di diametro esterno di circa 50 mm, con superficie scambiente di circa 28 m2, percorsi dall'acqua di raffreddamento a ciclo chiuso, a sua volta raffreddata da uno scambiatore esterno ad aria atmosferica a radiatore ventilato. At the end of the last stretch of the VES, through an automatic tungsten overpressure valve, at an adjustable operating level, the gaseous fluid passes into a subsequent expansion, cooling and condensation section (CON) formed by a tungsten steel pipe, with a diameter of 600 mm, which contains a double concentric spiral of tungsten steel pipes, with an external diameter of about 50 mm, with an environmental surface of about 28 m2, crossed by the closed-cycle cooling water, in turn cooled by an external atmospheric air exchanger with a ventilated radiator.

Il CON termina con la sezione di controllo ed eventuale abbattimento degli inquinanti, ed infine con un camino. The CON ends with the control section and eventual abatement of pollutants, and finally with a chimney.

Il cilindro di caricamento dei rifiuti nella CQ è alimentato da una tramoggia comunicante con il deposita rifiuti, ha una capacità di circa 0,5 m<3 >e può inserire nella CG volumi di circa 20 kg/stadio, garantendo un sufficiente isolamento termico con la CO ed una tenuta di pressione di circa 50 bar. The waste loading cylinder in the QC is fed by a hopper communicating with the waste depositor, has a capacity of approximately 0.5 m <3> and can insert volumes of approximately 20 kg / stage into the CG, ensuring sufficient thermal insulation with CO and a pressure seal of about 50 bar.

Qualora fosse fatto funzionare a livelli estremi di pressione e temperatura (50 bar e 2700°C), il modulo standard consentirebbe il trattamento dei rifiuti con una potenzialità limite pari a circa 500 kg/ora. In pratica con i tipi di refrattari in commercio è passibile raggiungere le 40 bar/2100°C, per cui la potenzialità si prevede raqgiunqa e superi i 600 kg/ora. If operated at extreme pressure and temperature levels (50 bar and 2700 ° C), the standard module would allow waste treatment with a limit potential of approximately 500 kg / hour. In practice, with the types of refractories on the market it is possible to reach 40 bar / 2100 ° C, so the potential is expected to be raqgiunqa and exceeds 600 kg / hour.

Come risulta evidente da quanto sopra esposto, le parti piò importanti dell'impianto oggetto dell'invenzione sono l'arricchitore di ossigeno e l'ossidatore. Mentre la camera di ossidazione è stata appena descritta nei suoi aspetti piò innovativi, si cercherà di spiegare il funzionamento e lo sviluppo del generatore di aria arricchita. As is evident from the above, the most important parts of the plant object of the invention are the oxygen enricher and the oxidizer. While the oxidation chamber has just been described in its most innovative aspects, we will try to explain the functioning and development of the enriched air generator.

E' noto che il trasporto di gas attraverso barriere diffondenti può avvenire mediante innumerevoli meccanismi di trasferimento di massa a seconda della velocità e viscosità del -fluido e delle caratteristiche del materiale di-f ffondente. Nel caso in oggetto si tratta di un -fluido turbolento in regime di Knudsen, dove il -fenomeno di collisione intermolecolare tra i gas è trascurabile rispetto alle collisioni entro i micropori tra le molecole del materiale costituente la barriera. Questa "diffusione a solubilità di-f-ferenziale" si svolge secondo le seguenti fasi: It is known that the transport of gas through diffusing barriers can take place by means of innumerable mass transfer mechanisms depending on the speed and viscosity of the fluid and on the characteristics of the melting material. In the present case it is a turbulent fluid in the Knudsen regime, where the intermolecular collision phenomenon between the gases is negligible compared to the collisions within the micropores between the molecules of the barrier material. This "diffusion at di-f-ferential solubility" takes place according to the following steps:

-adsorbimento e soluzione di un componente nel materiale, -adsorption and solution of a component in the material,

- diffusione del soluto attraverso il materiale mediante gradiente di pressione, - diffusion of the solute through the material by means of a pressure gradient,

— desadsorbimento/evaporazione del soluto attraverso la superficie del materiale. - desadsorption / evaporation of the solute through the surface of the material.

Utilizzando la legge di Lambert per i gas ossigeno e azoto costituenti l'aria e per i materiali polimerici presi in considerazione, il calcolo delle dimensioni dei micropori delle matrici polimeriche e delle dimensioni delle molecole dei gas stessi mostrano l'effettiva possibilità della separazione in oggetto. Applicando la nota legge di Fick ad una miscela gassosa bifasica di due gas 1 e 2 fluente attraverso una barriera diffondente, si ottiene: Using Lambert's law for the oxygen and nitrogen gases constituting the air and for the polymeric materials taken into consideration, the calculation of the dimensions of the micropores of the polymeric matrices and the dimensions of the molecules of the gases themselves show the actual possibility of the separation in question. . By applying the well-known Fick's law to a biphasic gaseous mixture of two gases 1 and 2 flowing through a diffusing barrier, we obtain:

( 1 ) (1)

Dalla lettura sono reperibili i valori sperimentali della permeabilità effettiva di vari materiali per i gas in esame pi e pz espressi in cm^.cm/s bar, dai quali si ottengono i valori di da inserire nell'equazione precedente (1) e nella successiva <2). Ora è noto che la teoria del trasporto di miscele di gas in mezzi microporosi attraverso gradienti di pressione, si basa sulla differenza di velocità tra le molecole dei diversi gas ad uguale temperatura assoluta. Poiché, secondo la distribuzione di Maxwell, l'energia cinetica piti probabile delle molecole è pari a 1,5 KT, con K=costante di Boltzmann, in una miscela binaria isoterma il rapporto tra le velocità medie delle due molecole è: From the reading it is possible to obtain the experimental values of the effective permeability of various materials for the gases in question pi and pz expressed in cm ^ .cm / s bar, from which the values of to be inserted in the previous equation (1) and in the following one are obtained <2). It is now known that the theory of the transport of gas mixtures in microporous media through pressure gradients is based on the speed difference between the molecules of the different gases at the same absolute temperature. Since, according to the Maxwell distribution, the most probable kinetic energy of the molecules is equal to 1.5 KT, with K = Boltzmann's constant, in an isothermal binary mixture the ratio between the average speeds of the two molecules is:

Nel presente caso, in cui 1 'aria atmosferica viene introdotta in tubi di materiale polimerico, il gas più leggero, cioè l'azoto, fluisce in quantità maggiore verso l'esterna in modo che il fluido interno al tubo, dopo il passaggio, è arricchito in ossigeno. In the present case, in which the atmospheric air is introduced into pipes of polymeric material, the lighter gas, i.e. nitrogen, flows in greater quantities towards the outside so that the fluid inside the pipe, after the passage, is enriched in oxygen.

si riesce a determinare quale sistema scegliere per risolvere lo scopo della presente invenzione. Da tale formula risulta infatti che per avere risultati ottimali si può scegliere 1) un impianto a singola diffusione con spillamenti intermedi e ricircoli parziali del gas, oppure 2) un impianto multistadio costituito da singole unità tubiere in serie in controcorrente. it is possible to determine which system to choose to solve the object of the present invention. In fact, from this formula it results that in order to obtain optimal results it is possible to choose 1) a single diffusion system with intermediate tapping and partial gas recirculation, or 2) a multistage system consisting of single tube units in series in counter-current.

Entrambi i sistemi presentano però vantaggi e svantaggi. Il primo consente una resa ottimale nella separazione della massima quantità di ossigeno presente nell'aria, ma necessita di compressori intermedi per ripristinare le pressioni parziali mancanti . However, both systems have advantages and disadvantages. The first allows an optimal yield in the separation of the maximum quantity of oxygen present in the air, but requires intermediate compressors to restore the missing partial pressures.

Il secondo sistema presenta lo svantaggio di scaricare aria non completamente impoverita di ossigeno, ma elimina ogni forma di riciclo e ogni necessità di usare stadi di ricompressione. The second system has the disadvantage of discharging air that is not completely depleted of oxygen, but eliminates any form of recycling and any need to use recompression stages.

Poiché ora la materia prima, cioè l'aria atmosferica, è disponibile senza limitazioni e a costi nulli, si è preferito il secondo sistema che, tra l'altra, presenta il vantaggio di una maggiore sicurezza di progetto, in quanto il buon -funzionamento di ogni stadio garantisce quello degli altri ed è meno soggetto a fattori estranei e ad indispensabili controlli fluidodinamici. Since the raw material, i.e. atmospheric air, is now available without limitations and at no cost, the second system has been preferred which, among other things, has the advantage of greater design safety, as the good functioning of each stage guarantees that of the others and is less subject to extraneous factors and essential fluid-dynamic controls.

Sempre dalla formula di Weller— Steiner si deduce che le superfici diffondenti dei singoli stadi debbano decrescere con legge iperbolica. Ora i dati sperimentali offrono valori precisi per l'ossigeno e per l'azoto, in presenza di materiale polimerico, e dimostrano che i coefficienti di diffusività variano esponenzialmente con la differenza di temperatura assoluta attraverso la superficie di separazione, per cui è sufficiente elevare la temperatura dell'aria all'ingresso di alcune decine di gradi per ottenere i medesimi risultati. Again from the Weller-Steiner formula it is deduced that the diffusing surfaces of the single stages must decrease with hyperbolic law. Now the experimental data offer precise values for oxygen and nitrogen, in the presence of polymeric material, and show that the diffusivity coefficients vary exponentially with the absolute temperature difference across the separation surface, so it is sufficient to raise the air temperature at the inlet of a few tens of degrees to obtain the same results.

Per una miscela di ossigeno-azoto 21J79 <7.), ad una pressione di circa 4 bar e con uno spessore di barriera polimerica di circa 0,5 mm, la resa per miscela contenente oltre il 957. di ossigeno e per 14 stadi in controcorrente si ha: For an oxygen-nitrogen mixture 21J79 <7.), At a pressure of about 4 bar and with a polymer barrier thickness of about 0.5 mm, the yield per mixture containing over 957. of oxygen and for 14 stages in countercurrent we have:

Poiché ara le specifiche dell'impianto di arricchìmento richieste sono di circa 250 kg/ora, si deduce che sono necessari circa 20.000 m<2 >di superficie diffondente. Since the specifications of the enrichment plant required are about 250 kg / hour, it can be deduced that about 20,000 m <2> of diffusing surface are required.

Per raggiungere questi risultati si dovranno utilizzare piccoli tubi in polimero siliconico reperibili in commercio aventi diametri interno/esterno di circa 3,5/4,5 mm. Ogni stadio è costituito da una serie di tubi in lamiera di acciaio inossidabile di spessore pari a 3 mm, ognuno dei quali ha sezione rettangolare AxH mm e lunghezza di 8 metri. To achieve these results, small commercially available silicone polymer tubes with internal / external diameters of approximately 3.5 / 4.5 mm should be used. Each stage consists of a series of 3 mm thick stainless steel sheet tubes, each of which has a rectangular section AxH mm and a length of 8 meters.

Su entrambe le basi rettangolari terminali sono stati ricavati per imbutitura una serie di fori con diametro di 2,5 mm, accompagnati da una sezione tubolare imbutita di diametro esterno pari a 3,5 mm e di lunghezza di circa 8-10 mm. I -fori imbutiti hanno una distanza dai bordi ed interasse reciproco di 6 mm, in modo che su ambedue le basi rettangolari siano ricavati AH/36 fori imbutiti (figure 6-10). On both the terminal rectangular bases, a series of holes with a diameter of 2.5 mm were obtained by deep drawing, accompanied by a deep drawn tubular section with an external diameter of 3.5 mm and a length of approximately 8-10 mm. The deep-drawn holes have a distance from the edges and reciprocal center-to-center distance of 6 mm, so that AH / 36 deep-drawn holes are obtained on both rectangular bases (figures 6-10).

Tra una base rettangolare e l'altra, all'interna del tubo, viene inserito, tra ogni coppia di imbocchi imbutiti, un tubicino polimerico siliconato del tipo descritto, in modo che ogni tubo contenga all'interna AH/36 tubicini, le cui estremità convergono attraverso i fori in due camere di raccolta di area AxH e di lunghezza 200 mm, poste all'estremità del tubo, il volume delle quali è stagno e in diretto collegamento con il volume interno dei tubicini. Between one rectangular base and the other, inside the tube, a siliconized polymer tube of the type described is inserted between each pair of deep-drawn inlets, so that each tube contains inside AH / 36 tubes, the ends of which they converge through the holes in two collection chambers with an area of AxH and a length of 200 mm, placed at the end of the pipe, the volume of which is watertight and in direct connection with the internal volume of the tubes.

Analogamente, due aperture poste all'estremità del tubo consentono di accedere al volume interno del tubo stesso ma esterno ai tubicini contenuti. Ciascuno stadio é costituito da una coppia o una terna di tubi collegati in maniera tale, che sia il volume interno dei tubicini che quello esterno ad essi siano posti tra loro in serie. Similarly, two openings placed at the end of the tube allow access to the internal volume of the tube itself but external to the small tubes contained. Each stage consists of a pair or a set of three tubes connected in such a way that both the internal volume of the tubes and the external volume to them are placed together in series.

I volumi totali interno/esterno di ogni stadio sono poi collegati ai relativi volumi interni /esterni degli altri stadi secondo lo schema di diffusione in controcorrente. Apposite contro-flange o piccoli 0-rings garantiscono l'automatica -fissaggio stabile dei tubi agli imbocchi, mentre piastre -forate poste a 25 cm 1'una dall'altra lungo i tubi in lamiera limitano in modo adeguato l'inclinazione della catenaria dei tubicini . The total internal / external volumes of each stadium are then connected to the relative internal / external volumes of the other stadiums according to the countercurrent diffusion scheme. Special counter-flanges or small 0-rings guarantee the automatic stable fixing of the pipes to the inlets, while the perforated plates placed at 25 cm 1 from each other along the sheet metal pipes adequately limit the inclination of the catenary of the tubes.

II complesso dei tubi costituenti gli stadi sono sistemati in 6 file sovrapposte, ciascuna di lunghezza totale di poco inferiore a 2500 mm, e di altezza H (mm) variabile a seconda delle file, in modo che l'ingombro totale del volume attivo del generatore è di circa 250 (larghezza) x 300 (altezza) x 800 (lunghezza) cm. The complex of tubes constituting the stages are arranged in 6 superimposed rows, each with a total length of just under 2500 mm, and with a height H (mm) which varies according to the rows, so that the total size of the active volume of the generator it is about 250 (width) x 300 (height) x 800 (length) cm.

Il complesso totale presenta un totale di circa 20.000 m2 di superficie diffondente e fornisce la portata richiesta di 250 kg/ora di ossigeno arricchito al 95,57.. La tabella seguente riporta la distribuzione dei tubi per ogni stadio, degli stadi per ogni fila, delle dimensioni delle sezioni rettangolari di ogni tubo, del numero di tubicini/tuba e della superficie scambiente per ogni stadio. Con le lettere A e H vengono indicate le dimensioni (in mm) della larghezza e dell'altezza delle basi rettangolari dei singoli tubi, e con le lettere NA e NM i numeri dei fori/tubicini ricavati lungo le predette dimensioni. The total complex has a total of about 20,000 m2 of diffusing surface and provides the required flow rate of 250 kg / hour of enriched oxygen at 95.57 .. The following table shows the distribution of the tubes for each stage, of the stages for each row, the dimensions of the rectangular sections of each tube, the number of tubes / tubes and the environment surface for each stage. The letters A and H indicate the dimensions (in mm) of the width and height of the rectangular bases of the individual tubes, and with the letters NA and NM the numbers of the holes / tubes obtained along the aforementioned dimensions.

La tensione dentro le pareti dei tubicini durante il tratto iniziale del primo stadio, dove esiste la massima SP tra esterna/interno dei tubicini stessi , The tension inside the walls of the tubes during the initial section of the first stage, where there is the maximum SP between the outside / inside of the tubes themselves,

ovvero tale da consentire anche spessori minori di barriera polimerica o maggiori sovrapressioni , mantenendo le deformazioni elastiche in misura estremamente ridotta. La lunghezza totale di passaggio aria per tutti gli stadi in serie è di 14x8 = 112 metri, mentre la velocità dell'aria sempre più concentrata in ossigeno scorrente entro i tubicini è costante e valutabile all'ingresso del primo stadio, la cui area di passaggio aria vale 0,1177 m2. that is, such as to allow even smaller thicknesses of the polymeric barrier or greater overpressures, maintaining the elastic deformations to an extremely reduced extent. The total length of air passage for all stages in series is 14x8 = 112 meters, while the speed of the air increasingly concentrated in oxygen flowing within the tubes is constant and can be evaluated at the entrance to the first stage, whose passage area air is worth 0.1177 m2.

Essendo la portata di aria entrante pari circa a 5 volte quella del 'ossigeno -fornito, cioè 1250 m3/ora, la velocità media arrotondata all'interno dei tubi vale 3 m/s. Utilizzando una consueta formula empirica, secondo la quale le perdite di carico dipendono dalla velocità elevata all'esponente 1,924, la perdita di carico totale è di: Since the incoming air flow is approximately 5 times that of the supplied oxygen, that is 1250 m3 / hour, the rounded average speed inside the pipes is 3 m / s. Using a usual empirical formula, according to which the pressure drops depend on the high velocity at the exponent 1.924, the total pressure drop is:

valore arrotondato a 1500 = 0,15 bar per le previste perdite localizzate in corrispondenza degli imbocchi tra gli stadi, avvero trascurabile rispetto alla SP necessaria per la corretta diffusi one intermolecolare. Il volume interno globale del sistema di tubicini è di circa 35 m<3>. rounded value to 1500 = 0.15 bar for the expected localized losses at the inlets between the stages, indeed negligible compared to the SP required for correct intermolecular diffusion. The overall internal volume of the piping system is approximately 35 m <3>.

ESEMPIO EXAMPLE

Si utilizzano rifiuti solidi urbani (RSU) la cui composizione media è indicata nella tabella seguente (tra parentesi sono indicate le sottopercentuali ponderali di elementi principali di riferimento) : Municipal solid waste (MSW) is used, the average composition of which is indicated in the following table (the weight sub percentages of the main reference elements are indicated in brackets):

L<'>ossidazione di vari elementi con un flusso di ossigena quasi puro avviene facilmente ad alte ed altissi me temperature. I dati riportati nella seguente tabella B sono estratti dal National Bureau of Standards (USA) confermati dai dati utilizzati The oxidation of various elements with an almost pure oxygen flow occurs easily at high and very high temperatures. The data reported in the following table B are extracted from the National Bureau of Standards (USA) confirmed by the data used

nei processi per la fabbricazione dell acciaio e delle materie plastiche, tenendo presenti i possibi1i ossidi di formazione: in the processes for the manufacture of steel and plastics, taking into account the possible formation oxides:

Accorpando i dati delle Tabelle A e B per gli elementi principali che interessano, è possibile determinare il -fabbisogno teorico di ossigeno per l'ossidazione dei vari elementi contenuti in 1 kg di rifiuti standard, escluso ovviamente l'ossigeno presente, che si ipotizza già combinato. I dati sono riportati nella Tabella C: By combining the data of Tables A and B for the main elements of interest, it is possible to determine the theoretical oxygen requirement for the oxidation of the various elements contained in 1 kg of standard waste, obviously excluding the oxygen present, which is already assumed. combined. The data are reported in Table C:

I calcoli relativi alle sostanze solide portano quindi ad un valore teorico del calore medio di ossidazione disponibile pari a 18872 KJ/kg RSU = 4510 Kcal/kg RSU, e ad un'ossidazione di 1/1,31 = 0,76 kg RSU/kg ossigeno. Possibili variazioni anche notevoli sulle frazioni dei vari elementi presenti negli RSU possono indurre una variazione nei dati attenuti non superiore a 107.. The calculations relating to solid substances therefore lead to a theoretical value of the average heat of oxidation available equal to 18872 KJ / kg MSW = 4510 Kcal / kg MSW, and to an oxidation of 1 / 1.31 = 0.76 kg MSW / kg oxygen. Possible variations, even considerable ones, on the fractions of the various elements present in the RSU can induce a variation in the attenuated data not exceeding 107 ..

Si caricano quindi 10 kg di RSU nell'alimentatore e da qui attraverso una tramoggia vengano portati nel dispositivo di caricamento. Il dispositivo di caricamento invia i RSU nell'ossidatore CO, nel quale si inietta ossigeno con una portata di 250 kg/ara mediante un compressore in grado di mantenere tale portata con 5P massima di 50 bar. 10 kg of MSW are then loaded into the feeder and from there through a hopper they are brought into the loading device. The loading device sends the MSW into the CO oxidizer, into which oxygen is injected with a flow rate of 250 kg / ara by means of a compressor capable of maintaining this flow rate with a maximum 5P of 50 bar.

1 prodotti gassosi vengono inviati nel VES e da qui reintrodotti nella CO in ciclo chiuso mediante la portata gassosa di iniezione che assicura circa 1 ricircolo/minuto. Dopo circa 2,5' e 2,5 ricircoli, la temperatura globale può raggiungere circa 2700°C e il prodotto gassoso di ossidazione e il resto del RSU vaporizzata hanno raggiunto una pressione massima all'interno del VES pari a circa 45-50 bar. The gaseous products are sent into the VES and from there reintroduced into the CO in a closed cycle by means of the gaseous injection flow rate which ensures about 1 recirculation / minute. After about 2.5 'and 2.5 recirculations, the global temperature can reach about 2700 ° C and the gaseous oxidation product and the rest of the vaporized MSW have reached a maximum pressure inside the ESR equal to about 45-50 bar .

I sensori di temperatura e/α pressione intervengono aprendo la valvola automatica, in modo che il flusso gassoso sia inviato nella sezione CON dove avviene la condensazione/sublimazione degli elementi solidi fino alla temperatura di 100°C, l'invio dei prodotti gassosi a temperatura ambiente nel volume di controllo e abbattimento inquinanti, e da qui infine allo scarico esterna. The temperature and / α pressure sensors intervene by opening the automatic valve, so that the gaseous flow is sent to the CON section where the condensation / sublimation of the solid elements takes place up to a temperature of 100 ° C, sending the gaseous products to temperature environment in the volume of control and reduction of pollutants, and from here finally to the external discharge.

Quando la valvola (VA) si è rinchiusa, il cilindro di carico sospinge altri 20 kg di RSU nella CO e il processo si ripete. In pratica dopa il periodo transitorio iniziale il sistema funziona in modo semi continuo , con una produttività di circa 500 kg di RSU/ora, qualora si raggi ungessero le temperature/pressi oni di 2700° C/50 bar che si approssima ai 600 kg/ara nel caso pratico di coppia di valori di 2100°C/35 bar. When the valve (VA) is closed, the loading cylinder pushes another 20 kg of MSW into the CO and the process is repeated. In practice, after the initial transitional period, the system works semi-continuously, with a productivity of about 500 kg of MSW / hour, should the temperatures / pressures of 2700 ° C / 50 bar be reached, which is approximately 600 kg / hour. in the practical case of a pair of values of 2100 ° C / 35 bar.

Indicando ora con: Indicating now with:

K = calare di ossidazione RSU = 4500 Kcal/kg RSU = K = decrease in oxidation MSW = 4500 Kcal / kg MSW =

dati enunciati, e consente di determinare una costante pratica d'impianto, ovvero che il rapporto tra la portata dell'ossigeno e la potenzialità di smaltimento oraria è circa costante, e vale 0,5. stated data, and allows to determine a constant plant practice, i.e. that the ratio between the oxygen flow rate and the hourly disposal potential is approximately constant, and is worth 0.5.

La temperatura massima teorica di ossidazione raggiungibile è di quasi 2700°C, non considerando i calori latenti di -fusione e vaporizzazione. Il valore di S = 5 è ottenuto utilizzando per il VES una coibentazione con refrattario a base di zirconio e/o di allumina, con coefficiente di scambio termico di 0,02 Kcal/hxmx°C, di spessore 10 cm, considerando l'area superficiale cilindrica del VES pari a 24 m<2 >e una temperatura superficiale esterna di 80°C. La dipendenza della pressione interna al VES dal tempo è data dalla: The theoretical maximum achievable oxidation temperature is almost 2700 ° C, not considering the latent heat of melting and vaporization. The value of S = 5 is obtained using for the VES an insulation with refractory based on zirconium and / or alumina, with a heat exchange coefficient of 0.02 Kcal / hxmx ° C, 10 cm thick, considering the area cylindrical surface of the VES equal to 24 m <2> and an external surface temperature of 80 ° C. The dependence of the pressure inside the ESR on time is given by:

La (9) è impostata per il calcolo della pressione nel VES al termine del processo, e tiene conto cautelativamente che tutta la massa di RSU presente nella CO sia gassificata, con il gas risultante di peso specifica 1 kg/mc a NTP. The (9) is set for the calculation of the pressure in the ESR at the end of the process, and cautiously takes into account that all the mass of MSW present in the CO is gasified, with the resulting gas having a specific weight of 1 kg / mc at NTP.

Le tre equazioni di cui sopra fanno parte di un complesso programma di cinetica termodinamica computer!zzato in grado di generare segnali in fitback per la regolazione dei parametri principali di -funzionamento, quali la pressione e la portata dell'ossigeno, la portata di liquido dell'impianto di raffreddamento, la portata dell'aria di smaltimento del calore del -fluido secondario, la portata dell'aria all'ingresso del generatore di ossigeno, e così via, in funzione di vari parametri ambientali tra i quali ad esempio la tipologia del rifiuto. The three equations above are part of a complex computerized thermodynamic kinetics program capable of generating fitback signals for the regulation of the main operating parameters, such as the pressure and flow rate of oxygen, the flow rate of the liquid. '' cooling system, the air flow rate for dissipating the heat of the secondary fluid, the air flow rate at the inlet of the oxygen generator, and so on, depending on various environmental parameters including, for example, the type of rejection.

L'impianto di smaltimento del calore di ossidazione prodotto è collocato nel condensatore CON, in modo da indurre una condensazione/sublimazione frazionata dei prodotti solidi che vengono stoccati in un cassetto inferiore del CON sfilabile e svuotabile al termine del trattamento orario. The system for the disposal of the oxidation heat produced is located in the condenser CON, so as to induce a fractional condensation / sublimation of the solid products which are stored in a lower drawer of the CON which can be removed and emptied at the end of the hourly treatment.

L'impianto di smaltimento del calore deve essere progettato per ottenere un particolare gradiente di temperatura, sia per evitare la formazione di composti gassosi tossici e/o nocivi, sia per consentire la raccolta frazionata dei residui solidi. Il volume delle ceneri è inferiore all'1% del volume iniziale. The heat dissipation system must be designed to obtain a particular temperature gradient, both to avoid the formation of toxic and / or noxious gaseous compounds, and to allow the fractional collection of solid residues. The volume of the ashes is less than 1% of the initial volume.

Il procedimento per lo smaltimento degli RSU descritto presenta le seguenti fondamentali peculiarità rispetto ai metodi sinora utilizzati; a) semplice ottenimento della quantità di ossigeno necessario, b) possibilità di elevare le temperature -fino a 2500°K con consumi di gestione di ossidazione dovuti al solo impianto di ventilazione, pari a circa 10 KWh/Q1,RSU, c) riduzione del volume delle ceneri a meno dell'l'/., d) pratica eliminazione di ogni polluzione di -Fumi o residui gassosi nocivi o tossici, e) minimo costo dell'ossigeno prodotto richiesto dal nucleo principale di termossidazione, f) possibilità di un cospicuo recupero energetico, g) dimensioni del modulo tali da poterne consentire l'installazione su un mezzo mobile da posizionare volta per volta nel luogo più idoneo per una raccolta locale centralizzata e un rapido smaltimento dei RSU, h) caratteristiche tali da poter essere utilizzato anche per rifiuti diversi dagli RSU ed anche per rifiuti speciali, tra i quali si segnala in particolare quelli a base di amianto, i) controllo delle emissioni largamente facilitato dal sistema adottato, per cui appare possibile una cospicua diminuzione delle polveri, dei metalli pesanti totali, degli alogeni, del fosforo, degli ossidi di azoto e zolfo, mentre non si prevedono particolari problemi per gli idrocarburi aromatici policiclici, per i composti policiclici clorurati, per gli acidi alogenidrici , cianuri, ecc. nè per scarichi al camino, e 1) la modularità dell'impianto consente sia l'installazione su mezzo mobile, sia la costruzione di complessi ad alta ed altissima potenzialità. C'è da notare che un modulo doppio o triplo può utilizzare uno stesso CON. The procedure for the disposal of MSW described has the following fundamental peculiarities with respect to the methods used up to now; a) simple obtaining of the necessary amount of oxygen, b) possibility of raising temperatures up to 2500 ° K with oxidation management consumption due to the ventilation system alone, equal to about 10 KWh / Q1, MSW, c) reduction of volume of the ashes less than 1 /., d) practical elimination of any pollution of harmful or toxic fumes or gaseous residues, e) minimum cost of the oxygen produced required by the main core of thermo-oxidation, f) possibility of a conspicuous energy recovery, g) dimensions of the module such as to allow it to be installed on a mobile vehicle to be positioned each time in the most suitable place for centralized local collection and rapid disposal of MSW, h) characteristics such that it can also be used for waste other than MSW and also for special waste, among which in particular those based on asbestos, i) control of emissions largely facilitated by the system adopted, for which it appears possible and a conspicuous decrease in dust, total heavy metals, halogens, phosphorus, nitrogen and sulfur oxides, while no particular problems are expected for polycyclic aromatic hydrocarbons, for chlorinated polycyclic compounds, for halogenhydric acids, cyanides, etc. nor for chimney discharges, and 1) the modularity of the system allows both installation on a mobile vehicle and the construction of complexes with high and very high potential. It should be noted that a double or triple module can use the same CON.

Il sistema di smaltimento dei rifiuti descritto presenta caratteristiche di sicurezza progettuale, di potenzialità di efficacia e di salvaguardia ambientale assai migliori delle soluzioni attuali, con costi di gestione e di installazione notevolmente inferiori. Il progetto del1'arricchìtore di ossigeno presenta inoltre di per sè peculiarità particolarmente originali ed utilizzabili anche in applicazioni industriali diverse da quella dello smaltimento dei rifiuti, ad esempio nella combustione, nell'alimentazione di motori a combustione interna ed in campi differenziati di uso ambientale. The waste disposal system described has characteristics of design safety, efficacy potential and environmental protection much better than the current solutions, with considerably lower management and installation costs. The project of the oxygen enrichment also presents in itself particularly original peculiarities and can also be used in industrial applications other than that of waste disposal, for example in combustion, in the supply of internal combustion engines and in differentiated fields of environmental use.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1) Modular semi-discontinuous cycle plant for the disposal of solid waste, in particular solid urban waste, by means of thermal dissociation at very high temperatures which uses the partial oxidation of compounds and individual elements with air enriched in oxygen at molar concentrations of over 95%, comprising: a) feeding device, b) loading area, c) oxidation chamber, d) enriched air generator, e) expansion, cooling and condensation area, f) gas, ash and molecular residue separator, characterized by the tact that the oxidation chamber (CO) is followed by a tubular adiabatic expansion device (VES) insulated inside which is divided into three sections connected to each other, so that the gaseous products exiting the CO can re-enter it through the end of said resulting tubular section, which are arranged above or next to the loading cylinder, and since the enriched air generator is a multistage device in which each stage is consisting of a pair or triplet of tubes connected so that the internal volumes of the tubes are in series with each other, as are the volumes external to the tubes, and the complex of tubes is arranged in superimposed rows.

2) Modular plant according to claim 1, characterized by the fact that from the VES the gaseous fluid passes into the expansion, cooling and condensation area (CON) which is formed by a pipe containing a double concentric spiral of pipes crossed by cooling water or similar devices traversed by a coolant, which in turn is cooled by an external atmospheric air exchanger with a ventilated radiator.

3) Modular plant according to claims 1 and 2, characterized in that the cylinder for loading the waste into the CO is fed by a hopper communicating with the waste deposit, has a capacity of about 0.5 m <3> and can insert into the CO volumes from 10 to 100 kg / stage, preferably 20 kg / stage, ensuring sufficient thermal insulation with CO and a maximum pressure seal of 50 bar.

4) Modular system according to claims 1 to 3, characterized by the fact that each stage of the enriched air generator is made up of a pair or three of sheet metal pipes, each of which has a rectangular section, holes are made on both rectangular bases , and between a rectangular base and the other a silicone polymer tube is inserted inside the tube so that each tube contains AH / 36 tubes, where A and H are respectively the width and height in mm of the rectangular bases of the individual tubes, the ends of which converge in two collection chambers (plenum) placed at the ends of the tube, the volume of which is watertight and in direct connection with the internal volume of the tubes.

5) Modular plant according to claims 1 to 4, characterized in that the volume external to the tubes and internal to the rectangular tubes communicates with the external environment through a tube passing through the collection chamber.

6) Modular plant according to claims 1 to 5, characterized in that temperatures above 2600 ° C, in particular 2700 ° C, are reached in the oxidation chamber. 7) Modular plant according to claims from i to 6, characterized in that it can be the subject of fixed installations with high and very high productivity or it can have reduced dimensions so as to allow its assembly on a mobile means to carry out waste disposal in the vicinity of collection places.

7) Process for disposing of solid waste to a minimum of 600 kg / hour by means of the modular plant of claims 1 to 6, characterized by the fact that an average of 20 kg of solid waste are loaded into the CO, in particular municipal solid waste (MSW) , and at the same time 250 kg / hour of oxygen are injected, the gaseous products pass into the VES and then back into the CO in a closed cycle, when the temperature and pressure sensors have detected a temperature of 2100-2200 ° C and a pressure of about 40 bar a valve makes the gaseous products flow into the CON section where the condensation / subjection of the solid elements takes place, and when the valve is closed the loading cylinder pushes another 20 kg of MSW into the CO and the cycle is repeated.