ITBO20070770A1 - Metodo e apparato per il trattamento di materiali di rifiuto - Google Patents

Description

Descrizione

METODO E APPARATO PER IL TRATTAMENTO DI MATERIALI DI RIFIUTO

Campo tecnico

La presente invenzione ha per oggetto un metodo e un apparato per il trattamento di materiali di rifiuto di varia tipologia, quali rifiuti solidi urbani, oli esausti, petrolio greggio, scarti di raffineria, materiali plastici e simili, fanghi di depurazione, deiezioni animali, digestati e masse biologiche tramite ristrutturazione catalitica delle molecole dei materiali di cui sopra in un combustibile liquido sintetico.

Arte nota

È noto che lo smaltimento dei rifiuti e delle materie summenzionate costituisce un serio problema per la società contemporanea. Per risolvere almeno in parte tale problema, sono stati proposti svariati processi destinati a operare il trattamento di materiali di rifiuto quali i rifiuti solidi urbani, gli oli di scarto, petrolio greggio, scarti di raffineria, i materiali plastici, fanghi di depurazione, deiezioni animali, digestati e masse biologiche. In particolare sono noti attualmente processi che consentono di sintetizzare, a partire da tali materiali di rifiuto, prodotti combustibili del tipo ad esempio del gasolio o della benzina. Tali processi prevedono di alimentare i rifiuti a un impianto di trattamento in cui essi vengono opportunamente trattati per ottenere la separazione del combustibile desiderato dalle sostanze residue.

Il brevetto US 5,849,964 descrive ad esempio un processo per il trattamento di materiali plastici di rifiuto, per l’ottenimento di sostanze chimiche e composti combustibili allo stato liquido. Il processo prevede di sottoporre i materiali plastici in ingresso a un trattamento iniziale di depolimerizzazione, in modo da ottenere una fase liquida e una fase volatile da trattare in modo separato. La fase volatile viene a sua volta separata in una fase liquida e una fase gassosa, singolarmente trattate per ottenere nuovamente rispettive fasi liquide che, per idrogenazione, diano luogo alle sostanze finali desiderate.

Il brevetto europeo EP 1.538.191 descrive a sua volta un procedimento per ottenere olio combustibile, il quale prevede di miscelare materiali di rifiuto a un olio additivo, di porre tale miscela in un circuito di lavorazione e di sottoporre la stessa miscela a un trattamento di separazione per distillazione da cui si ottiene il combustibile desiderato e si separano i residui di scarto. Più precisamente, il procedimento prevede che i legami molecolari degli idrocarburi in ingresso vengano spezzati da reazioni di cracking di tipo termico-catalitico, dando luogo a una miscela di sostanze più leggere separabili per distillazione, e che l'apporto di energia termica richiesto dalle reazioni di cracking derivi principalmente dalla trasformazione di energia cinetica. L’energia termica necessaria viene infatti ceduta al flusso della miscela di olio additivo e rifiuti attraverso appositi mezzi agitatori agenti in controcorrente ai mezzi di pompaggio del flusso stesso. Ciò consente una maggiore efficienza termocinetica, e quindi una maggiore convenienza economica, rispetto ai metodi tradizionali di riscaldamento per conduzione attraverso le pareti del recipiente.

I procedimenti di tipo noto descritti in precedenza, e in particolare il metodo descritto dal brevetto europeo EP 1.538.191 , consentono di sfruttare utilmente rifiuti contenenti idrocarburi.

Il problema maggiore riscontrato nell’applicazione delle tecnologie di trattamento rifiuti che utilizzano un olio diatermico come fluido vettore, tra cui il brevetto EP 1.538.191 , è quello di ripristinare in continuo l’olio additivo. Ciò è dovuto principalmente alla presenza di acqua che progressivamente rimuove principalmente il fluido additivo. In particolare, l’acqua presente è contenuta nei materiali da trattare, i rifiuti solidi o liquidi, ma soprattutto si forma per reazione chimica all’interno del reattore.

Attualmente si cerca di diminuire il più possibile almeno il tenore di acqua presente nei rifiuti introdotti nel circuito di alimentazione, sottoponendo preventivamente i rifiuti a cicli di essiccazione. Essendo però tale procedimento molto costoso, non risulta conveniente abbassare il contenuto di acqua oltre il 10%.

Per contro, non è attualmente possibile intervenire sulla quantità di acqua prodotta per reazione chimica. Per questo le sostanze fluidificanti tendono a essere rimosse dalla corrente di vapore acqueo dopo alcuni cicli di funzionamento. È quindi necessario monitorare continuamente le quantità di fluidificanti presenti nel flusso di alimentazione e intervenire per il rabbocco delle stesse. Il consumo di sostanze fluidificanti e l’impiego di manodopera richiesta per il controllo del flusso di alimentazione incidono notevolmente sui costi di produzione.

In definitiva, i metodi noti di trattamento di materiali di rifiuto risolvono solo parzialmente il problema dello smaltimento dei rifiuti e non consentono di controllare in modo costante ed efficace la qualità e le caratteristiche dei prodotti finali.

Presentazione dell’invenzione

Il compito della presente invenzione è quello di risolvere i problemi citati, escogitando un metodo che consenta di operare in maniera ottimale il trattamento dei materiali di rifiuto quali i rifiuti solidi urbani, gli oli di scarto, petrolio greggio, scarti di raffineria, i materiali plastici, fanghi di depurazione, deiezioni animali, digestati e masse biologiche mediante ristrutturazione molecolare catalitica.

NeN’ambito di tale compito ulteriore scopo dell'invenzione è quello di ottenere dai materiali di rifiuto di cui sopra un liquido combustibile sintetico conforme alle specifiche richieste.

Ulteriore scopo dell'invenzione è quello di fornire un metodo e un apparato per il trattamento mediante ristrutturazione molecolare catalitica dei summenzionati materiali di rifiuto con il quale venga separata l’acqua contenuta nei rifiuti e/o prodotta in reazione, trattandola, in maniera da fare rientrare la sua composizione nei limiti di legge.

Un altro scopo dell’invenzione è quello di fornire un metodo che consenta di ottenere, a seconda del materiale di rifiuto da trattare, un liquido combustibile che sia ottimale sia dal punto di vista qualitativo che quantitativo.

Un altro scopo ancora dell’invenzione è quello di fornire un apparato per il trattamento mediante ristrutturazione molecolare catalitica di materiali di rifiuto di semplice concezione, di impiego versatile e di funzionamento sicuramente affidabile, nonché di gestire in modo automatico i controlli e i rilievi utilizzando mezzi elettronici anche a comando remoto.

Gli scopi citati vengono raggiunti, secondo la presente invenzione, dal metodo per il trattamento mediante ristrutturazione molecolare catalitica di materiali di rifiuto secondo la rivendicazione 1.

Breve descrizione dei disegni

I particolari dell'invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione dettagliata di una forma di esecuzione preferita dell’apparato che realizza il metodo per il trattamento tramite ristrutturazione molecolare catalitica di materiali di rifiuto secondo l’invenzione, illustrato a titolo indicativo negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 mostra una rappresentazione schematica dei dispositivi di alimentazione atti ad essere impiegati nell’apparato per il trattamento di materiali di rifiuto in oggetto;

la figura 2 mostra una rappresentazione schematica dei dispositivi di trattamento atti ad essere impiegati nell’apparato in oggetto.

Forme di realizzazione dell’invenzione

Con particolare riferimento agli uniti disegni, si è indicato nell’insieme con 100 l’apparato per il trattamento tramite ristrutturazione molecolare catalitica di materiali di rifiuto per la produzione di combustibile sintetico.

L’apparato 100 prevede una struttura fissa, non rappresentata, sviluppata preferibilmente su diversi piani, dotata di un sistema di caricamento 10 atto a consentire il carico dei materiali di rifiuto e delle altre sostanze coinvolte in un gruppo reattore 20 (fig. 1).

II sistema di caricamento 10, che è preferibilmente posizionato su piattaforme trasportabili, comprende un primo serbatoio 1 per il contenimento di un fluido vettore, un secondo serbatoio 2 per il contenimento di una sostanza catalizzante, un terzo serbatoio 3 per il contenimento di una sostanza neutralizzante e un quarto serbatoio 4 per il contenimento di olio di rifiuto da trattare. I serbatoi 1 , 2, 3, 4 sono collegati mediante apposite condutture a un serbatoio di reazione 5 che è parte del gruppo reattore 20. Il serbatoio di reazione 5 è ulteriormente collegato a un gruppo di introduzione 6 dei materiali solidi da trattare. È inoltre possibile prevedere il collegamento del serbatoio di reazione 5 a un ulteriore serbatoio di alimentazione di opportuni reagenti chimici, del tipo ad esempio di apportatori di idrogeno come tetralina e simili, per aumentare le caratteristiche del liquido combustibile ottenuto.

Il primo serbatoio 1, preferibilmente realizzato in acciaio, è dotato di sensori di livello e di portata, oltre che di mezzi di sicurezza di tipo noto. Il primo serbatoio 1 è collegato al serbatoio di reazione 5 mediante un primo condotto di collegamento 7 sul quale è montato un primo organo di pompaggio 8.

Il fluido vettore destinato a essere contenuto e alimentato dal primo serbatoio 1 è preferibilmente costituito da un olio diatermico resistente alle alte temperature. È possibile tuttavia prevedere l'impiego di mezzi fluidi diversi, quali ad esempio cere purificate e simili. Il fluido vettore ha la funzione di diluire e fluidificare la corrente di materiale sia liquido che solido circolante all’interno del gruppo reattore 20 perché si realizzino le reazioni di ristrutturazione molecolare catalitica.

Il secondo serbatoio 2 è atto a ricevere la sostanza catalizzante da un sistema di scarico 9, del tipo comunemente definito “a big bag”, comprendente un organo di alimentazione a coclea 11 e un filtro antipolvere. Il secondo serbatoio 2 è inoltre preferibilmente dotato di un organo agitatore 12 ed è collegato al serbatoio di reazione 5 mediante un secondo condotto di alimentazione 13 sul quale è installato un secondo organo di pompaggio 14, ad esempio del tipo mono-vite. Per l’alimentazione della sostanza catalizzante sono ulteriormente previsti mezzi di sicurezza e di controllo di tipo noto.

Il terzo serbatoio 3 è atto a ricevere la sostanza neutralizzante da un gruppo di scarico 15, preferibilmente del tipo cosiddetto a rompi-sacco manuale o automatico dotato di filtro antipolvere. Il gruppo di scarico 15 comprende un organo di alimentazione a coclea 16 per alimentare il terzo serbatoio 3, il quale a sua volta è dotato di un organo agitatore 17 ed è collegato al serbatoio di reazione 5 mediante un terzo condotto di alimentazione 18 sul quale è installato un terzo organo di pompaggio 19 preferibilmente del tipo mono-vite. Sono ulteriormente previsti mezzi di tipo noto per il controllo e la sicurezza dell’alimentazione della sostanza neutralizzante al serbatoio di reazione 5.

Il quarto serbatoio 4 per l’olio da trattare è collegato al serbatoio di reazione 5 mediante un quarto condotto di alimentazione 58 munito di un rispettivo quarto organo di pompaggio 21 , oltre che di mezzi di sicurezza e di controllo di tipo noto.

II gruppo di introduzione 6 dei solidi conforma un gruppo meccanico adeguatamente protetto, servito da un organo alimentatore di tipo noto per l'inserimento dei rifiuti solidi nel serbatoio di reazione 5. Il gruppo di introduzione 6 è atto a inserire i rifiuti solidi mantenendo l’ambiente inerte mediante immissione controllata di azoto e realizzando il carico del solido con un sistema a una o più valvole ad apertura alternata. Il gruppo di introduzione 6 è atto ad essere comandato in modo da operare automaticamente da una postazione remota dotata di PLC, appositamente predisposta per il controllo dell’apparato, per semplicità non rappresentata in disegno.

Il serbatoio di reazione 5 del gruppo reattore 20 è preferibilmente costituito da un unico serbatoio atto a ricevere i materiali provenienti dai serbatoi 1 , 2, 3, 4, e dal gruppo di introduzione 6 dei materiali solidi. Il serbatoio di reazione 5 è collegato al gruppo reattore 20 ed è provvisto di idonei mezzi di controllo e di sicurezza, in particolare per il monitoraggio della quantità di ossigeno e la inertizzazione mediante azoto. Il serbatoio di reazione 5 è inoltre collegato a un sistema per il recupero del fluido vettore e altri prodotti di reazione, separandoli dall’acqua che si sviluppa per reazione chimica e per evaporazione deN’umidità contenuta nel rifiuto solido, come meglio spiegato in seguito. Il serbatoio di reazione 5 è inoltre collegato superiormente, tramite una valvola di sicurezza e un condotto di scarico 26, a un serbatoio di scarico 25 detto anche ”blow-down”, nel quale, attraverso un ulteriore condotto di scarico, è atta a confluire ulteriormente la sostanza gassosa di scarico proveniente dalla valvola di sicurezza di un recipiente separatore 31 , come meglio spiegato in seguito.

Il gruppo reattore 20 comprende uno o più organi reattori 22 del tipo centrifugo, ciascuno completo di un proprio organo motore 23, di un sistema di raffreddamento dei mezzi meccanici di supporto girevole, di appositi mezzi di controllo della temperatura e della pressione interne a ciascun reattore. Nel caso illustrato in fig. 1, il gruppo reattore 20 è costituito, oltre che dal serbatoio di reazione 5, da un primo e da un secondo reattore centrifugo 22 collegati mediante rispettive condotte 24 alla parte inferiore del serbatoio di reazione 5 per ricevere il flusso di sostanze provenienti dai serbatoi del sistema di caricamento 10. Preferibilmente i reattori centrifughi 22 sono controllati da dispositivi di controllo a inverter.

I reattori centrifughi 22 comprendono inoltre un agitatore meccanico, azionato in moto rotatorio dall’organo motore 23, che genera un flusso in controcorrente rispetto al moto del fluido in ingresso. Ciò provoca la conversione di parte dell’energia cinetica del flusso di alimentazione in energia termica e, di conseguenza, un corrispondente aumento della temperatura del fluido, che consente l’innesco delle reazioni di ristrutturazione molecolare catalitica.

Questo risultato è ottenuto in particolare, in modo noto, mediante un motore asincrono connesso al reattore centrifugo e controllato da un convertitore elettronico che, tramite un complesso algoritmo vettoriale, consente accelerazioni da zero alla massima velocità in meno di 100 ms e decelerazioni in meno di 80 ms.

A valle del gruppo reattore 20 è disposto un sistema di trattamento 30 costituito dai moduli atti a operare la separazione dei prodotti finali a partire dai prodotti di reazione (fig. 2). Il sistema di trattamento 30 prevede un recipiente separatore 31 collegato in ingresso ai reattori centrifughi 22 mediante rispettivi condotti di ingresso 32. Il recipiente separatore 31 è collegato inferiormente a un recipiente recuperatore 33 delle sostanze liquide e superiormente a una colonna di distillazione 34. Il recipiente recuperatore 33 è collegato in uscita al serbatoio di reazione 5 per il ricircolo delle sostanze liquide e, fra queste, principalmente dell’olio diatermico.

Il sistema di trattamento 30 prevede inoltre un serbatoio di controllo del livello 36 disposto in parallelo al recipiente separatore 31 per il controllo del livello delle sostanze liquide ivi presenti. Il serbatoio 36 è atto a ricevere le sostanze liquide in eccesso dal recipiente 31 , per convogliarle in uscita al recipiente recuperatore 33.

A una altezza sostanzialmente centrale della colonna di distillazione 34 è previsto un prelievo laterale per l’estrazione della frazione del fluido che costituisce il liquido combustibile voluto e che attraversa la medesima colonna di distillazione 34. Il fluido prelevato è atto ad essere raffreddato mediante un dispositivo scambiatore 56, preferibilmente ad acqua, prima di defluire in un secondo recipiente separatore 39, preferibilmente una centrifuga verticale, per la separazione meccanica acqua-idrocarburi. L’acqua uscente dal secondo separatore 39 meccanico fluisce verso un serbatoio di raccolta acque 42, mentre il liquido combustibile è atto a defluire in serbatoi di stoccaggio intermedio 49 in cui è possibile operarne il controllo e la verifica delle caratteristiche qualitative. Dai serbatoi di stoccaggio intermedio 49, che nel caso rappresentato sono due, il liquido combustibile è atto ad essere convogliato a un serbatoio centrale mediante appositi mezzi di pompaggio 53 per alimentare mezzi utilizzatori, ad esempio per la generazione di energia elettrica. In tal caso è ulteriormente possibile sfruttare l’energia termica dei gas di scarico prodotti dall’organo utilizzatore per essiccare i materiali di rifiuto prima del trattamento descritto o per generare una corrente di vapore atta a preriscaldare le varie utenze deirimpianto.

Alla sommità della colonna di distillazione 34 è invece previsto il prelievo dei vapori distillati, ovvero della frazione leggera del fluido che attraversa la medesima colonna di distillazione 34. I vapori distillati sono destinati ad essere convogliati in un dispositivo condensatore 37 raffreddato preferibilmente ad acqua, dove si opera la loro condensazione. Il liquido condensato nel dispositivo condensatore 37 viene raccolto in un serbatoio decantatore 57 dove si opera la separazione statica dell’acqua e degli idrocarburi leggeri contenuti nel liquido. Dal serbatoio decantatore 57 defluiscono due correnti di liquido separate: una di acqua verso il serbatoio di raccolta acque 42 e una di idrocarburi leggeri verso un serbatoio di raccolta 38. Dal serbatoio di raccolta acque 42 l’acqua può essere convogliata mediante opportuni mezzi di pompaggio a sistemi di depurazione, ad esempio del tipo a membrana, per un successivo utilizzo. Invece dal serbatoio di raccolta 38 degli idrocarburi leggeri è atta ad essere ulteriormente prelevata una corrente liquida quale riflusso in testa alla colonna 34.

Le sostanze gassose non condensate dal circuito di raffreddamento del dispositivo condensatore 37, vengono convogliate a un secondo dispositivo condensatore 40 per la condensazione dei composti più volatili.

Il secondo dispositivo condensatore 40 è atto ad essere alimentato in controcorrente con un liquido refrigerante proveniente da un circuito di raffreddamento 27. Le sostanze condensate dal secondo dispositivo condensatore 40 defluiscono attraverso un condotto di uscita 41 in un serbatoio di spurgo 43 dei residui liquidi leggeri. Il serbatoio di spurgo 43 può essere utilmente collegato con l impianto reflui, se esistente, oppure con un serbatoio centrale di raccolta dei rifiuti liquidi, opportunamente protetto e controllato.

Il sistema di trattamento 30 comprende ulteriormente un terzo dispositivo condensatore 44 atto a ricevere in ingresso i vapori leggeri in uscita dalle valvole di scarico poste alla sommità del serbatoio di alimentazione 5 o del serbatoio blow-down 25. Il condensatore 44 impiega preferibilmente un flusso di acqua di torre in controcorrente ai vapori di scarico da condensare. Le sostanze liquide che condensano nel quarto dispositivo condensatore 44 sono atte ad essere convogliate in un recipiente decantatore 45, per separare l’acqua dagli altri liquidi organici, tipicamente idrocarburi. Successivamente l’acqua defluisce nel citato serbatoio di spurgo 43, mentre gli altri liquidi fluiscono verso un serbatoio 55 da cui sono convogliati nuovamente al serbatoio di alimentazione 5 attraverso un apposito condotto di ricircolo 50 e mediante l’ausilio di organi di pompaggio 54. Il serbatoio di spurgo 43, il serbatoio di raccolta 38 degli idrocarburi, il serbatoio di raccolta acque 42, il serbatoio 55 della parte liquida organica e il recipiente decantatore 45 sono atti a essere mantenuti in pressione da valvole regolatrici appositamente predisposte e mediante rimmissione di azoto.

Infine il terzo dispositivo condensatore 44 prevede superiormente uno sbocco per l’efflusso dei gas non condensati, per il trattamento dei quali è predisposto un quarto dispositivo condensatore 46 che è preferibilmente atto ad essere alimentato in controcorrente con un liquido refrigerante proveniente dal citato circuito di raffreddamento 27. Le sostanze liquide condensate da questo ultimo condensatore 46 sono destinate a defluire nel serbatoio di spurgo 43 attraverso la condotta di scarico 51, mentre i gas incondensabili in uscita sono atti a essere scaricati in atmosfera attraverso un apposito camino di uscita e/o inviati a un sistema di combustione. Nel caso dello scarico in atmosfera, è previsto il passaggio attraverso un circuito provvisto di appositi filtri 47, preferibilmente del tipo a carboni attivi, o altri sistemi di captazione.

Attraverso i filtri 47 sono atti a defluire anche i composti estratti allo stato gassoso dal secondo dispositivo separatore 40 per mezzo di ventilatori e/o pompe a vuoto 48 installate nel circuito di efflusso 52 in uscita dal dispositivo condensatore.

L’apparato comprende ulteriormente un gruppo ausiliario 60 per l’alimentazione di sostanze allo stato gassoso, in particolare azoto e aria compressa, atte ad essere impiegate nell’apparato in oggetto. Il gruppo ausiliario 60 è sostanzialmente costituito da un organo compressore 61 atto ad essere alimentato con un flusso di aria ambiente e a convogliare l’aria compressa a un rispettivo serbatoio 63 a valle, e a un gruppo di produzione di azoto 64 che a sua volta alimenta un serbatoio polmone 62. In particolare, l'aria compressa dall’organo compressore 61 raccolta nel serbatoio 63 è utilmente trattata con un essiccatore posto sul rispettivo condotto di efflusso prima di essere inviata agli organi utilizzatori dell’apparato descritto. Il gruppo ausiliario 60 è preferibilmente collocato nelle vicinanze dell’apparato, ad esempio fissato su supporto mobile per un utilizzo più agevole e flessibile.

L’apparato descritto può infine prevedere un ulteriore trattamento per i residui prelevati dalle tubazioni di mandata 32 dei reattori centrifughi 22. Tali residui sono inviati in un serbatoio di raccolta residui 67 agitato, in cui sono raffreddati con acqua di torre circolante all’esterno del serbatoio stesso. Dal serbatoio di raccolta residui 67 mediante un organo di pompaggio 65, ad esempio del tipo mono-vite, i residui liquidi e solidi sono inviati a un dispositivo estrattore centrifugo 66 o “decanter” atto a separare la parte solida da quella liquida. La parte solida è atta ad essere opportunamente immagazzinata in un apposito serbatoio protetto, non rappresentato in disegno, per il successivo trattamento o conferimento in discarica a seconda del materiale utilizzato. La parte liquida separata dal dispositivo estrattore 66 è atta ad essere convogliata al recipiente decantatore 45 per la separazione dell’acqua, mentre la parte organica è atta a defluire nel serbatoio 55 da cui, come descritto in precedenza, può essere in parte recuperata per ricircolo nel serbatoio di alimentazione 5.

L’apparato descritto è preferibilmente gestito da un sistema integrato di controllo di processo, al quale sono indirizzati i parametri di processo, di controllo e sicurezza dell’intero apparato. A garantire la totale sicurezza dell’apparato possono essere previsti ulteriori allarmi sonori e/o visivi atti ad essere attivati qualora i parametri controllati superino i livelli di sicurezza per l’apparato stesso e/o gli operatori.

Il funzionamento dell’apparato che realizza il metodo per il trattamento tramite ristrutturazione molecolare catalitica di materiali di rifiuto è il seguente.

In una fase di avviamento, il fluido vettore, preferibilmente olio diatermico, viene immesso nel serbatoio di reazione 5 secondo dosi e modalità di afflusso controllate, ad esempio in una quantità di circa 1800 kg a temperatura ambiente. Allo stesso tempo il gruppo reattore 20 viene azionato, ad esempio portando i reattori centrifughi 22 a una velocità iniziale di 450 g/min, poi accelerandoli a 1000 g/min e infine a 1400-1500 g/min. A seguito deN’azionamento dei reattori centrifughi 22, l’olio vettore aumenta la propria temperatura fino a circa 180<<>0.

A questo punto viene immesso nel serbatoio di reazione 5 olio minerale di rifiuto, preferibilmente privo di cloro e diluenti, unitamente alla sostanza catalizzante prescelta, secondo una percentuale di miscelazione predeterminata.

La temperatura della miscela all’interno dei reattori centrifughi continua intanto ad aumentare, fino alla temperatura di esercizio. Controllando la velocità angolare dell’albero dei reattori centrifughi è possibile mantenere costante tale temperatura entro un intervallo relativamente piccolo, ad esempio di 2*C.

Quando è raggiunta la temperatura di esercizio, vengono immessi nel serbatoio di reazione 5 i materiali di rifiuto da trattare, sia allo stato liquido che solido, preferibilmente in quantità tali da garantire il corretto raggiungimento delle condizioni di reazione e produzione di liquido combustibile, ad esempio 15- 20 kg ogni minuto, in continuo.

I materiali solidi sono immessi previa eliminazione di metalli, pietre, sabbia, vetro e macinati a una dimensione non superiore a 0-3 mm.

È importante considerare che i materiali da trattare devono essere immessi in assenza di aria, avendo cura che la quantità di ossigeno presente nel serbatoio di reazione 5 non superi la soglia limite di sicurezza del 5%. A tal fine i materiali solidi vengono introdotti dal gruppo di introduzione 6 in assenza di aria grazie al sistema di valvole ad apertura alternata e aN’immissione controllata di azoto. Il valore della percentuale di ossigeno presente nel serbatoio di reazione 5 è preferibilmente monitorato mediante un sistema elettronico di controllo.

I rifiuti liquidi, invece, vengono immessi nel serbatoio con l’ausilio di un organo di pompaggio agente sottobattente, protetto e controllato da un apposito organo di regolazione automatica del flusso.

Una volta uscite dal gruppo di trattamento 30, le sostanze vengono sottoposte a controlli a campione automatici per rilevare la misura del pH. In pratica, vengono costantemente prelevati campioni della miscela per verificare che nella fase iniziale del processo il pH non si avvicini a valori neutri, in corrispondenza dei quali l’attività della sostanza catalizzante diminuirebbe.

Viene inoltre mantenuto sotto controllo il volume di ciascuna sostanza trattata, oltre che il volume complessivo della miscela all’interno del serbatoio di reazione 5, affinché tutti questi valori si mantengano il più possibile stabili. Sono ulteriormente previsti dispositivi di controllo della pressione all’interno del serbatoio di reazione 5, che ne operano il monitoraggio e la stabilizzazione.

Dopo l’immissione nel gruppo reattore 20, la temperatura della miscela di materiali di rifiuto, della sostanza catalizzante e della sostanza neutralizzante si stabilizza a circa 350Ό a una pressi one di circa 1 ,05 bar. La sostanza catalizzante in particolare innesca, all’interno del gruppo reattore, le reazioni chimiche che modificano le molecole dei materiali immessi. Tali reazioni producono gas idrocarburi e vapore acqueo e possono sviluppare calore.

Dal gruppo reattore 20 la miscela di gas e liquidi prodotta fluisce al dispositivo separatore 31 , all’interno del quale, grazie anche alla bassa pressione ivi presente, ha origine una corrente ascensionale verso la colonna di distillazione 34, ove ha luogo il processo di distillazione. In tale fase del processo il volume e la pressione della miscela all’interno del recipiente separatore 31 vengono costantemente controllati.

Nella colonna di distillazione 34 avviene inizialmente la separazione delle frazioni più pesanti dei vapori presenti, estratte nella zona centrale della colonna 34, mentre le frazioni più leggere fuoriescono dalla parte superiore della colonna 34 e vengono immesse tramite un condotto di trasporto nel condensatore 37, dove avviene il passaggio allo stato liquido. I gas incondensabili vengono aspirati, tramite rispettivi condotti, dai ventilatori e/o pompe a vuoto 48, che mantengono in depressione tutto il circuito, e successivamente immessi in atmosfera previo il passaggio attraverso i filtri 47, o trattati e utilizzati a scopi energetici. Il prodotto in fase liquida viene invece raccolto nel fondo del dispositivo condensatore 37 e scaricato nel serbatoio decantatore 57 che genera due correnti liquide, una di acqua che è avviata verso il serbatoio di raccolta 42 e una di prodotti leggeri che sono a loro volta reintrodotti in testa alla colonna 34. Dal prelievo laterale della colonna di distillazione 34 si estrae il liquido combustibile che, dopo essere stato raffreddato nel dispositivo scambiatore 56, viene poi convogliato nel secondo recipiente separatore 39 per la separazione dell’olio dall’acqua, per poi essere raccolto nei serbatoi di stoccaggio intermedio 49 ove vengono effettuati i controlli di qualità e il prelievo, tramite le pompe 53, per il successivo utilizzo.

I dispositivi di raccolta, controllo e riciclo posti a valle della colonna di distillazione 34, consentono di ottenere una adeguata produzione di combustibile sintetico e al contempo di separare l’acqua presente nello stesso. In particolare la maggior parte dell’acqua viene separata al suo insorgere durante il processo mentre la rimanente quantità viene separata alla fine del processo, attraverso il secondo recipiente separatore 39, ed eliminata tramite il serbatoio di spurgo 43. Gli effluenti liquidi estratti dal fondo della colonna di distillazione 34 vengono rimessi in circolo a monte della colonna di distillazione 34, al fine di rientrare nel circuito del gruppo di reazione 20 dove possono essere ancora trasformati in prodotto utile. Gli effluenti liquidi che defluiscono dal fondo della colonna di distillazione 34, infatti, giungono nel recipiente recuperatore 33 e quindi al serbatoio di reazione 5 che alimenta i reattori centrifughi 22.

In alternativa alla distillazione nella colonna 34, come sopra descritta, è possibile prevedere l’impiego di un’apparecchiatura del tipo noto come steam-drum, atta a separare l’olio diatermico destinato ad essere riciclato da acqua e liquido combustibile.

Il metodo secondo l’invenzione raggiunge pertanto lo scopo di operare in maniera ottimale il trattamento mediante ristrutturazione molecolare catalitica dei materiali di rifiuto, quali in particolare rifiuti solidi urbani, oli esausti, materiali plastici e simili, oltre che rifiuti delle produzioni agricole e fanghi di depurazione delle acque di città. Il metodo consente inoltre di ottenere da tale trattamento un combustibile sintetico conforme alle specifiche richieste, senza richiedere il continuo ripristino delle sostanze fluidificanti, in particolare del fluido vettore impiegato per fluidificare i materiali da trattare. Tale risultato è raggiunto in particolare attraverso la separazione controllata dell’acqua presente nel processo, sia della quota introdotta unitamente alle sostanze solide o liquide da trattare, sia soprattutto di quella prodotta dalle reazioni chimiche che avvengono all’interno del gruppo reattore 20.

È da rilevare che la separazione dell’acqua viene effettuata principalmente nelle fasi di processo a monte della distillazione del liquido combustibile, così da impedire che in questa fase la presenza di vapore acqueo nella colonna di distillazione 34 provochi la rimozione del fluido vettore. Infatti la presenza dell’acqua abbasserebbe la temperatura di ebollizione della miscela olio/acqua al di sotto di quella dell’acqua, separando dalla testa della colonna anche l’olio vettore che svolge l’importante funzione di fluidificare la miscela di materiali da trattare.

Per contro, il metodo proposto consente di riciclare in modo sostanzialmente completo il fluido vettore introdotto in fase di avviamento, creando un circuito di ricircolo del fluido vettore attraverso il serbatoio di reazione 5, i reattori centrifughi 22, il recipiente separatore 31 , il recipiente recuperatore 33, ritornando attraverso il condotto laterale 68 al serbatoio di reazione 5.

L’acqua separata e raccolta nel serbatoio di raccolta acque 42 può essere utilmente trattata mediante noti mezzi di depurazione per essere riutilizzata opportunamente. Pertanto il metodo consente di smaltire i rifiuti con un rendimento assai elevato, grazie all’ottenimento, quali prodotti secondari, sia di acqua che di liquido combustibile.

Una prerogativa dell’invenzione consiste, in particolare, nell’ottenere liquido combustibile mediante prelievo laterale dalla colonna di distillazione 34. Il prelievo laterale di liquido combustibile garantisce, entro un ristretto campo di variazione, l’elevata purezza del combustibile prodotto indipendentemente dai materiali di rifiuto da trattare.

L’invenzione si propone inoltre come valida e strategica alternativa al sistema di trattamento dei rifiuti mediante incenerimento, pirolisi o massificazione, consentendo il recupero di materia prima combustibile a utilizzo diversificato e mobile (energia elettrica e autotrazione), contribuendo altresì alla diminuzione dell’inquinamento atmosferico sia durante il processo, che attraverso la produzione di combustibile a bassa emissione di materiale particellare (PM 10) e all’approvvigionamento energetico da combustibile fossile attraverso il ricorso a fonti energetiche rinnovabili.

Nella pratica attuazione dell’invenzione, i materiali impiegati, nonché la forma e le dimensioni, possono essere qualsiasi a seconda delle esigenze.

Laddove le caratteristiche tecniche menzionate in ogni rivendicazione siano seguite da segni di riferimento, tali segni di riferimento sono stati inclusi al solo scopo di aumentare la comprensione delle rivendicazioni e di conseguenza essi non hanno alcun valore limitativo sullo scopo di ogni elemento identificato a titolo d’esempio da tali segni di riferimento.

Claims (26)

1. Rivendicazioni 1. Metodo per il trattamento tramite ristrutturazione molecolare catalitica di materiali di rifiuto, caratterizzato dal fatto che comprende le fasi di: a. introdurre inizialmente in un sistema di caricamento (10) una quantità dosata di un fluido vettore; b. introdurre nella detta quantità dosata di fluido vettore i materiali di rifiuto da trattare in atmosfera inerte; c. introdurre nella detta quantità di fluido vettore almeno una sostanza additiva catalizzante, selezionata tra possibili sostanze catalizzanti in funzione dei materiali da trattare; d. introdurre nella detta quantità di fluido vettore almeno una sostanza additiva neutralizzante; e. riscaldare la miscela di detti fluido vettore, materiali di rifiuto da trattare e sostanze additive, realizzando almeno in parte detto riscaldamento tramite conversione di energia cinetica in energia termica e innescando reazioni di ristrutturazione molecolare catalitica dei detti materiali di rifiuto da trattare; f. separare l’acqua prodotta da dette reazioni di ristrutturazione molecolare catalitica; g. separare detto fluido vettore da detta miscela riscaldata, in modo da produrre il ricircolo dello stesso fluido vettore per ricevere nuovi materiali di rifiuto da trattare e sostanze additive; h. trattare la miscela di vapori derivante dalla separazione di detto fluido vettore, per ottenere da essa prodotti combustibili sintetici.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detta fase di h. trattare detta miscela di vapori prevede di operare la distillazione della medesima miscela di vapori.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detta fase di h. trattare detta miscela di vapori prevede di operare la purificazione della medesima miscela di vapori mediante apparecchiature atte a separare detto fluido vettore da acqua e prodotti combustibili, del tipo dello steam-drum.
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che prevede di operare la distillazione della detta miscela di vapori in una colonna di distillazione (34).
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che prevede di estrarre in una zona centrale della detta colonna di distillazione (34) la frazione utile del fluido che attraversa la medesima colonna di distillazione (34).
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che prevede di raffreddare detta frazione utile estratta nella detta zona centrale della colonna di distillazione (34) per la separazione dell’acqua da un liquido combustibile.
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che prevede di estrarre alla sommità di detta colonna di distillazione (34) i vapori distillati costituenti la frazione leggera del fluido che attraversa la medesima colonna di distillazione (34).
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che prevede di raffreddare detta frazione leggera estratta alla sommità della colonna di distillazione (34) per la separazione dell’acqua da un liquido combustibile contenente idrocarburi leggeri.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che prevede di prelevare almeno parte di detto liquido combustibile contenente idrocarburi leggeri per operarne il riflusso in testa alla detta colonna di distillazione (34).
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detta fase di b. introdurre nella detta quantità dosata di fluido vettore i materiali di rifiuto da trattare prevede di mantenere in atmosfera inerte i materiali di rifiuto introdotti allo stato solido mediante rimmissione controllata di azoto in un gruppo di introduzione (6) degli stessi materiali di rifiuto.
11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che prevede di prelevare almeno parte di detta miscela riscaldata, per separare una parte solida contenente detta sostanza additiva catalizzante insieme a detta sostanza additiva neutralizzante, sali e impurità, e una parte liquida contenente principalmente detto fluido vettore.
12. 12. Metodo secondo la rivendicazione 11 , caratterizzato dal fatto che prevede di separare detta sostanza catalizzante da detta parte solida, per operarne il ricircolo nel detto fluido vettore.
13. 13. Metodo secondo la rivendicazione 11 , caratterizzato dal fatto che prevede di reintrodurre detto fluido vettore in detto sistema di caricamento (10) per operarne il ricircolo.
14. 14. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto fluido vettore è un olio diatermico resistente alle alte temperature.
15. 15. Apparato per il trattamento tramite ristrutturazione catalitica di materiali di rifiuto caratterizzato dal fatto che comprende un sistema di caricamento (10) per l’introduzione di una quantità dosata di un fluido vettore, di materiali di rifiuto da trattare in atmosfera inerte, di almeno una sostanza catalizzante selezionata tra possibili sostanze catalizzanti in funzione dei materiali da trattare, e di almeno una sostanza neutralizzante; un gruppo reattore (20) per operare il riscaldamento e il mescolamento della miscela di detti fluido vettore, materiali di rifiuto da trattare e sostanze additive, tramite la conversione almeno parziale di energia cinetica di detta miscela in energia termica, in modo da innescare reazioni di ristrutturazione molecolare catalitica dei detti materiali di rifiuto da trattare; un sistema di trattamento (30) comprendente mezzi recuperatori (33) di detto fluido vettore da detta miscela riscaldata per operare il ricircolo dello stesso fluido vettore in detto sistema di caricamento (10), e mezzi di separazione (39, 45, 57) dell’acqua prodotta da dette reazioni di ristrutturazione molecolare catalitica; mezzi (34) per trattare la miscela di vapori derivante dalla separazione di detto fluido vettore, per ottenere da essa prodotti combustibili sintetici,
16. 16. Apparato secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detto gruppo reattore (20) comprende almeno un organo reattore di tipo centrifugo (22) atto ad essere azionato da un rispettivo organo motore (23) e collegato a un serbatoio di reazione (5) per ricevere il flusso di dette sostanze introdotte da detto sistema di caricamento (10).
17. 17. Apparato secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che detto serbatoio di reazione (5) prevede un’apertura, con o senza mezzi valvolari, per la fuoriuscita di una miscela di vapore acqueo, fluido vettore e idrocarburi, destinata a successivi trattamenti.
18. 18. Apparato secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detto sistema di caricamento (10) comprende un primo serbatoio (1) per il contenimento di detto fluido vettore, un secondo serbatoio (2) per il contenimento di detta sostanza catalizzante, un terzo serbatoio (3) per il contenimento di detta sostanza neutralizzante e un quarto serbatoio (4) per il contenimento di olio di rifiuto in forma liquida da trattare, un gruppo di introduzione (6) dei materiali di rifiuto solidi, essendo i detti serbatoi (1 , 2, 3, 4) e detto gruppo di introduzione (6) collegati mediante apposite condutture a un serbatoio di reazione (5) del detto gruppo reattore (20).
19. 19. Apparato secondo la rivendicazione 18, caratterizzato dal fatto che detto gruppo di introduzione (6) comprende un gruppo meccanico servito da un organo alimentatore a una o più valvole ad apertura alternata per l’introduzione dei detti materiali di rifiuto allo stato solido nel detto serbatoio di reazione (5), e mezzi di immissione controllata di azoto per mantenere in atmosfera inerte i materiali di rifiuto introdotti allo stato solido.
20. 20. Apparato secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che detto reattore centrifugo (22) comprende un agitatore meccanico atto ad essere azionato da detto organo motore (23), per generare un flusso in controcorrente rispetto al moto del detto flusso in ingresso.
21. 21. Apparato secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detti mezzi (34) per trattare la miscela di vapori derivante dalla separazione di detto fluido vettore comprendono almeno una colonna di distillazione (34) collegata alla sommità a un dispositivo condensatore (37) per operare la condensazione di vapori distillati estratti alla sommità medesima di detta colonna di distillazione (34), costituenti la frazione leggera del fluido che attraversa la detta colonna di distillazione (34).
22. 22. Apparato secondo la rivendicazione 21 , caratterizzato dal fatto che detto dispositivo condensatore (37) è atto a consentire il deflusso del liquido condensato in un serbatoio decantatore (57) per la separazione dell’acqua da un liquido combustibile contenente idrocarburi leggeri.
23. 23. Apparato secondo la rivendicazione 21 , caratterizzato dal fatto che in una zona centrale di detta colonna di distillazione (34) sono previsti mezzi di prelievo della frazione pesante del fluido che attraversa la medesima colonna di distillazione (34).
24. 24. Apparato secondo la rivendicazione 23, caratterizzato dal fatto che detta frazione pesante estratta nella detta zona centrale della colonna di distillazione (34) è atta a defluire in un dispositivo scambiatore (56) per essere raffreddata, prima di defluire in un secondo recipiente separatore (39), per la separazione dell’acqua da un liquido combustibile.
25. 25. Apparato secondo le rivendicazioni 16 e 21 , caratterizzato dal fatto che detto sistema di trattamento (30) prevede ulteriormente un recipiente separatore (31) collegato in ingresso a detto gruppo reattore (20) mediante rispettive condotte di ingresso (32), essendo il detto recipiente separatore (31) collegato inferiormente a detti mezzi recuperatori (33) e superiormente a detta colonna di distillazione (34).
26. 26. Apparato secondo una delle rivendicazioni da 15 a 25, caratterizzato dal fatto che comprende un gruppo ausiliario (60) sostanzialmente costituito da un organo compressore (61) atto ad essere alimentato con un flusso di aria ambiente e a convogliare l'aria compressa a un rispettivo serbatoio (63) a valle, e a un gruppo di produzione di azoto (64) che a sua volta alimenta un serbatoio polmone (62), per l’alimentazione di sostanze allo stato gassoso, in particolare azoto e aria compressa, atte ad essere impiegate nel detto apparato.