ITFI20000034A1 - Controllo integrato e distillazione distruttiva di rifiuti carboniosi - Google Patents

Description

Descrizione dell'Invenzione Industriale dal titolo:

"CONTROLLO INTEGRATO E DISTILLAZIONE DISTRUTTIVA DI RIFIUTI CARBONIOSI"

BASE DELL'INVENZIONE

1. Campo dell'Invenzione

La presente invenzione riguarda in generale un processo ed una apparecchiatura pirolitica ad autosostentamento e controllata in continuo per la conversione di rifiuti organici non metallici in gas combustibili gualitativamente e quantitativamente superiori, utilizzabili come fonti energetiche. L'invenzione riguarda un sistema ed un processo a controllo integrato che fornisce processi automatizzati continui che assicurano un recupero energetico consistente con interventi limitati.

2. Descrizione dello stato della tecnica

La rapida velocità di esaurimento dei combustibili fossili ha<' >accresciuto l'importanza della ricerca per nuove fonti di energìa. Una delle più promettenti fonti di nuova energia è l'energia verde, cioè biomassa e altri prodotti di rifiuto che attualmente vengono distrutti o scartati. Lo spazio disponibile per le discariche, attualmente utilizzate per lo smaltimento di questi rifiuti, sta diminuendo. Inoltre, le discariche hanno altri inconvenienti, quali l'infiltrazione di inquinanti nel terreno e negli strati acquiferi, gli odori, i tempi prolungati richiesti per la decomposizione dei rifiuti, e l'assestamento del sito utilizzato a discarica.

L'incenerimento viene largamente utilizzato come alternativa allo smaltimento dei rifiuti mediante discarica. Esso viene generalmente realizzato in una camera di combustione in cui viene immessa aria per consentire la combustione. Poiché la composizione e il contenuto di umidità dei rifiuti solidi varia in modo molto ampio, la reazione di combustione è difficile da controllare e da sostenere. La combustione incompleta dei rifiuti è frequente con la conseguenza di una immissione di notevoli quantità di fumo e inquinanti nell'atmosfera. Benché l'incenerimento dei rifiuti solidi ad alimentazione naturale o forzata dell'aria riduca il volume dei rifiuti, l'intrinseco inquinamento dell'aria risultante è inaccettabile da un punto di vista ambientale. L'incenerimento, anche quando non dà luogo ad inquinamento, genera grandi quantità di anidride carbonica che sono altrettanto indesiderabili.

Dal punto di vista ambientale costituisce un miglioramento rispetto all 'incenerimento il processo pirolitico che impiega alte temperature in atmosfera sostanzialmente libera da ossigeno (quale, in pratica, il vuoto) per convertire rifiuti organici ad altri stati della materia quali gas o vapore con un residuo sotto forma di cenere.

Sono stati proposti numerosi sistemi di gasificazione dei rifiuti e di pirolisi, ma nessun sistema efficiente ha in pratica avuto un utilizzo commerciale significativo. La pirolisi è stata condizionata in parte dai problemi di scambio termico derivanti dalla notevole variabilità di composizione e contenuto di umidità dei rifiuti. Per quanto riguarda queste variabilità nel contenuto dei rifiuti urbani, dei campioni statistici sono stati analizzati da diverse aree geografiche a partire dal 1990 allo scopo di determinare la loro composizione chimica generica. L'analisi illustrata nella tavola che segue è ancora oggi considerata valida e generalmente comprende i seguenti :

Poiché i rifiuti cittadini contengono significative quantità di materiali plastici che fondono prima di bruciare, questi rifiuti tendono a raffreddare la combustione e possono anche fermare del tutto il processo di gasif icazione pirolitica. L'utilità commerciale del processo di gasificazione è stata compromessa dalla notevole quantità di fumo ed altri inquinanti che si generano a causa dell'incapacità di controllare in modo adeguato la combustione dei rifiuti che vengono immessi nell'atmosfera .

La pirolisi incompleta o marginale è inaffidabile in una operazione in continuo. Anche impiegando procedure complicate e costose per captare il fumo e gli altri inquinanti, rimangono tuttavia comuni emissioni fortuite di grandi quantità di questi inquinanti.

Per esempio, per conseguire condizioni di funzionamento relativamente stazionarie quando devono essere degasificati rifiuti urbani di tipo comune, devono essere usate temperature di pirolisi che si avvicinano alla temperatura a cui avviene la scorificazione del materiale inorganico nella camera di pirolisi. La temperatura nella camera di pirolisi spesso sale sopra la temperatura di scorificazione a causa della difficoltà di mantenere la temperatura nella camera di pirolisi. I componenti inorganici della materia di rifiuto fusa formano un rivestimento di scoria tenace aderente su tutte le superfici esposte ai rifiuti. Le variabilità in contenuto e umidità dei rifiuti urbani rendono estremamente difficile il controllo della temperatura di pirolisi sotto il punto di scorificazione.

I dispositivi e i processi anteriori non hanno affrontato in modo adeguato questi problemi che devono essere trattati su una base di cambiamento continua. Di conseguenza, sarebbe un notevole sviluppo nel settore poter fornire un metodo ed una apparecchiatura che è autosostentante, e che controlla simultaneamente l'uscita, l'essiccamento, la distillazione, il cracking, la purificazione e l'inquinamento, riducendo nel contempo in modo significativo i rifiuti e recuperando sostanziali quantità di energia dai rifiuti. Un tale processo ed una apparecchiatura per la conversione di rifiuti sono qui di seguito descritti.

BREVE DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

Un sistema ed un metodo per fornire un processo pirolitico a controllo automatico ed ad autosostentamento continuo per la conversione di rifiuti non metallici organici in energia atto a fornire gas combustibile usato per sostenere il processo pirolitico allo scopo di ridurre i rifiuti cittadini ed aumentare l'efficienza dello smaltimento dei rifiuti cittadini.

Il cuore del sistema è una unità di distillazione distruttiva che sottopone i rifiuti organici preselezionati ad una azione pirolitica in una camera sostanzialmente esente da ossigeno in cui si generano temperature superiori a 1000°F (538°C). Lo scopo di questa camera è di convertire i rifiuti organici in combustibile gassoso riutilizzabile e un residuo carbonioso fine. I rifiuti da trattare vengono alimentati in continuo nell'unità e vengono controllati da un'unità di controllo master che provvede al controllo complessivo dell'intero sistema, mantenendo il sistema autosostentante e automatizzato. Prima che i rifiuti vengano alimentati all'unità di distillazione distruttiva, i materiali sono sottoposti ad essiccamento per allontanare il 90% dell'umidità, producendo un rifiuto che ha meno del 10% di umidità. Ciò ha lo scopo di assicurare una conversione pirolitica completa nell'unità di distillazione distruttiva per prevenire variazioni e fluttuazioni nel processo di gasificazione.

Allo scopo di fornire in modo adeguato il più idoneo rifiuto organico all'essiccatore e alla camera pirolitica, è molto importante disporre di un sistema di alimentazione automatizzato che separa gli oggetti metallici che non sono indicati per questo processo ed i materiali plastici che pure non sono particolarmente indicati, cosa che è effettuata a monte dell'essiccatore. È anche opportuno prevedere un trituratore per i rifiuti organici prima del loro ingresso nell'essiccatore per realizzare un essiccamento più completo. Quando i rifiuti escono dal trituratore, i rifiuti triturati vengono depositati su un trasportatore a nastro pesatore che fa parte del processo automatizzato e vengono inviati ad un elevatore a nastro che trasferisce i rifiuti triturati nell'essiccatore in un processo in continuo.

Nell'unità di distillazione distruttiva o camera pirolitica viene generato del gas (una fonte di combustibile) dalla biomassa di rifiuto e viene rimosso dalla camera, recuperato, filtrato, lavato e usato come combustibile per generare calore per autosostenere l'azione dell'unità di distillazione distruttiva. Il combustibile gassoso può essere trasferito e raccolto in un serbatoio di stoccaggio principale del gas. Può anche essere usato per generare vapore per un generatore a turbina per elettricità come sottoprodotto di energia in eccesso .

Di estrema importanza nel sistema complessivo è che c'è un processore integrato principale ed una serie di sensori e sistemi di controllo che controllano la velocità ed il flusso dei rifiuti alimentati in differenti punti, le temperature nell'essiccatore e nell'unità di distillazione distruttiva, la qualità dei gas generati in funzione del materiale alimentato nell'unità ed in sintesi un controllo completo del processo in corrispondenza dei componenti importanti al fine di assicurare una attività efficiente ed autosostentante per ottimizzare la riduzione pirolitica del rifiuto e le generazioni di energia.

Nell'unità di distillazione distruttiva c'è una alimentazione di rifiuti continua che può essere fatta mediante un trasportatore a vite rotante sigillabile che trasferisce i rifiuti in una camera a tenuta che è mantenuta sottovuoto (senza ossigeno) in modo che le temperature nella camera possano essere regolate tra 1000° e 1400°F (578-760°C) per assicurare una completa gasificazione del rifiuto organico con un ridotto residuo di carbone. La velocità della vite alimentatrice dei rifiuti è controllata e monitorata.

Controllando analiticamente ciascun componente importante del sistema e circuiti di controllo, ciascun componente vitale del sistema e fase del processo può essere massimizzata in modo integrale rispetto alla sua efficienza per assicurare un sistema automatizzato ad autosostentamento .

Il controllo integrato del processo comprende, a livello di sistema, controlli per polvere ed odore dall'uscita del sistema, controlli per la preparazione del mercurio in modo che il rifiuto organico viene integralmente controllato, una unità o camera di distillazione pirolitica del gas che è controllata, un controllo del condizionatore del carbone, controlli di condizionamento del gas, trattamento dell'acqua, immagazzinamento della compressione di gas (gas combustibile) e controlli del generatore a turbina.

Controllando tutte queste fasi e componenti insieme ed in modo integrato, non solo si raggiunge un ottimo livello di efficienza, ma l'operazione è continua e autosostentantesi con un intervento veramente ridotto.

La polvere e l'odore vengono controllati da un trasmettitore a tiraggio integrato, un sensore di odore integrato, un trasmettitore differenziale raccoglitore di polvere e trasmettitori integrati di temperatura e di flusso, tutti operanti insieme per controllare la polvere e l'odore che lascia il sistema.

Rispetto alla preparazione dei rifiuti, il materiale è accumulato su un alimentatore a nastro con l'area di ribaltamento che controlla fa funzionare un trasportatore, una barriera ad aria, una pompa di raccolta e sistemi di sicurezza. C'è anche una cernita automatizzata integrata di materiali ferrosi e vetrosi non ferrosi su base continua. Il trituratore dell'alimentazione costante ha una dimensione di materiale controllata da una apertura a grata. Da quest'ultimo controlli del trituratore azionano il trituratore del materiale ed i sistemi di sicurezza.

Il generatore di gas pirolitico che è l'unità di distillazione, include anche un alimentatore pesatore integrato che regola la velocità di alimentazione del materiale all'essiccatore, un trasmettitore di temperatura di uscita dall'essiccatore integrato per controllare il grado di essiccamento dei materiali che devono essere inviati all'unità di distillazione, con la temperatura di uscita che controlla in automatico la velocità dell'essiccatore, e un gascromatografo e trasmettitore di temperatura integrato che consente i controlli della distillazione per mantenere la velocità e la temperatura dell'unità di distillazione mentre viene prodotto il gas pirolitico .

Il sistema ha anche un residuo sotto forma di carbone. La rimozione del carbone ha un trasmettitore di temperatura per controllare e ridurre la temperatura del carbone che viene rimosso per lo stoccaggio.

È importante controllare il gas combustibile che viene generato nell'unità di distillazione e a tale scopo il sistema comprende un trasmettitore di temperatura del gas, di particolato e di opacità integrato per rimuovere particolati dal gas pirolitico e un trasmettitore di zolfo integrato per rimuovere composti dello zolfo dal gas pirolitico .

Il sistema ha anche un controllo del trattamento delle acque per azionare un dispositivo per trattare acque di scarico .

Il gas combustibile risultante ha un serbatoio di compressione del gas che controlla l'unità con il trasmettitore di pressione integrato per azionare un compressore a bassa pressione per aumentare la pressione del gas pirolitico pulito da immagazzinare nei serbatoi di stoccaggio. C'è anche un trasmettitore di pressione integrata per controlli ad alta pressione per azionare un compressore di alimentazione del gas pirolitico alla turbina a gas.

Il generatore elettrico comprende un trasmettitore sincronizzato integrato per controllare la valvola della turbina e le apparecchiature ausiliarie della turbina se necessario .

Con un singolo sistema di controllo integrato che è controllato da un programma di computer applicato e monitorando i componenti essenziali vitali e le fasi di processo, si assicura la generazione continua ottimale di gas di scarico in modo sicuro e si assicura il funzionamento efficiente e ad autosostentamento del sistema .

È uno scopo della presente invenzione fornire un processo ed apparecchiatura di controllo in tempo reale, integrato, ad autosostentamento, in cui il materiale di rifiuto organico viene pretrattato in modo efficiente e economico prima della pirolisi per controllare in modo continuo e preciso il contenuto di umidità dell'alimentazione del rifiuto e dei successivi sottoprodotti. L'invenzione diventa autosostentantesi utilizzando l'eccesso di calore di combustione dei rifiuti prodotti per effettuare il pre-essiccamento dell'alimentazione di rifiuto mentre la disposizione dell'apparecchiatura impedisce che l'unità di pirolisi venga contaminata. Inoltre la camera di pretrattamento e la camera di pirolisi presentano passaggi di ingresso ed uscita del residuo fissi che cooperano allo scopo di prevenire perdite termiche e contaminazione atmosferica così da assicurare una completa ed efficiente pirolisi.

Un altro scopo della presente invenzione è il pretrattamento, cioè la cernita e il pre-essiccamento della carica di rifiuto alimentata così da generare una qualità e quantità superiore di combustibile gassoso. La selezione e significativamente il pre-essiccamento del rifiuto prima della sua introduzione nell'unità di distillazione pirolitica produce sottoprodotti gassosi con rese qualitative e quantitative migliori che possono essere usati non solo per sostenere il funzionamento, ma anche per fornire combustibile in eccesso per azionare dispositivi ausiliari. Il pre-essiccamento migliora anche il recupero di sottoprodotti utili quali il carbone.

Un altro oggetto della presente invenzione è l'integrazione di comandi di processo, controllo in tempo reale e monitoraggio di processo in un singolo dispositivo di controllo. L'integrazione dell'apparecchiatura in un ambiente a controllo in tempo reale ottimizza l'intera uscita.

Un ulteriore oggetto della presente invenzione è il trattamento di rifiuti solidi cittadini per ottenere fonti di energia utilizzabili di valore per mezzo di un singolo controllo puntuale del riciclo, dell'essiccamento, della pirolisi, del trattamento di gas di cracking, del riscaldamento e della generazione elettrica che consegue i seguenti risultati:

- riduzione del volume dei rifiuti a discarica;

- conversione di rifiuti in energia;

- riduzione degli inquinanti atmosferici.

In accordo con questi ed altri scopi, che risulteranno chiari nel seguito, la presente invenzione verrà ora descritta con particolare riferimento ai disegni annessi.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Le figure 1A e 1B considerate insieme forniscono una illustrazione schematica e uno schema di processo della forma realizzativa preferita della presente invenzione.

La figura 2 è un diagramma di flusso illustrante parti del processo secondo la presente invenzione.

La figura 3 mostra un diagramma schematico del funzionamento della camera di pirolisi e delle apparecchiatura ad essa associate.

La figura 4 mostra un diagramma di controllo a blocchi per il processo di distillazione distruttiva.

La figura 5 mostra controlli aggiuntivi e un diagramma di controllo a blocchi per il processo di distillazione distruttiva .

FORMA REALIZZATIVA PREFERITA DELL'INVENZIONE

Il sistema ed il processo vengono descritti con riferimento ai disegni e, in particolare, alle figure 1A e 1B.

Il processo da controllare è un processo di pirolisi di rifiuti cittadini autosostentantesi e continuo utilizzante un sistema di controllo integrato in "tempo reale" per aumentare e migliorare la conversione energetica del rifiuto in energia. Il processo ed il sistema sono illustrati nelle figure 1A e 1B. Il sistema è basato sul principio del controllo simultaneo della selezione, distillazione, cracking, purificazione del gas, e controllo dell'inquinamento del rifiuto organico a processo energetico. Il processo qui descritto riduce il volume del rifiuto del 90% e recupera fino al 95% dell'energia disponibile nel rifiuto.

Il rifiuto organico triturato viene alimentato in un forno essiccatore rotante che utilizza il calore estratto dai rifiuti proveniente dall'unità di pirolisi 04 e dalla turbina a combustione 14 per essiccare il materiale ad un contenuto di umidità minore del 10%. Una volta essiccato, Il rifiuto viene trasferito all'unità di distillazione distruttiva (pirolisi) 04 usando un sistema di alimentazione a coclea 4a che trasferisce i rifiuti nell'unità a tenuta. Il distillatore (pirolizzatore 04) è un dispositivo ad ambiente libero di ossigeno operante a temperature sopra i 1000-1200°F (578-649°C), in cui avviene la conversione dei materiali organici a prodotti gassosi. Il combustibile gassoso è quindi raffinato per migliorare il contenuto di energia disponibile e allontanare gli inquinanti, quindi trasferito a stoccaggio 12 o 13 per uso come energia nel sistema.

L'elemento chiave di questo processo è l'integrazione dei processi multipli in un singolo controllo puntuale in "tempo reale" e un sistema di acquisizione dei dati 100, descritto di seguito.

Per quanto una unità di riciclo cittadino (MRF) mostrata in figura 1Δ venga mostrata tratteggiata come opzionale, l'MRF è importante nello schema di controllo. MRF: i rifiuti solidi verranno introdotti in una fossa di stoccaggio da camion per il trasporto dei rifiuti solidi. Dalla fossa i rifiuti passano su un nastro mobile lentamente, per la rimozione di vetro, plastica, alluminio, metalli e altro materiale non organico. L'MFR è mostrato in figura 1A nel blocco opzionale nell'area delimitata dalle linee a tratto e punto.

Trituratore: i rifiuti organici vengono triturati in un dispositivo trituratore organico convenzionale 1 che viene controllato tramite il controllore di processo in "tempo reale" 100 per controllare l'avviamento e la posizione della griglia per la dimensione e la qualità del triturato. La logica di controllo del trituratore fa sì che il trituratore sia avviato non appena che l'alimentatore del nastro trasportatore pesatore 2 a valle viene avviato. Il trituratore è situato sopra il trasportatore a nastro pesatore 2 e un sistema di by-pass di emergenza che si attiva solo se c'è intasamento (blocco) nei sistemi a valle.

Sistema di alimentazione: il sistema di alimentazione è composto da un alimentatore del trasportatore a nastro pesatore 2 che alimenta il materiale triturato su un trasportatore elevatore 2a, a tazze o pressato che poi alimenta l'essiccatore 03. La velocità di alimentazione sarà variata sulla base della pressione differenziale dell'essiccatore, che fornisce il segnale di controllo per variare la velocità del nastro. La portata di alimentazione varierà da 30 libbre/min a 140 libbre/min (13.6-63.5 Kg/min}.

Essiccatore: l'unità di essiccamento 03 riscalda i rifiuti organici dalla temperatura ambiente fino a 350°F (177°C) per allontanare fino al 99% dell'umidità contenuta nei rifiuti. Il calore per l'essiccatore verrà generato in due sorgenti separate. La prima sorgente sarà il calore di recupero dal mantello esterno dell'unità di pirolisi (distillatore) 04 e la seconda sorgente sarà dallo scarico (calore da rifiuti) della turbina a combustione 14. L'essiccatore 03 sarà controllato dalla temperatura di uscita dell'essiccatore e la qualità del gas dal distillatore, cioè, gas cromatografo e controllore master 100. Quando l'essiccatore 03 raggiunge 350°F (177°C), l'essiccatore richiederà meno rifiuti. Dna sorgente di combustibile di back up per l'essiccatore per l'avviamento sarà costituito da un serbatoio di propano (non mostrato) o gas naturale.

Distillatore: il distillatore o pirolizzatore 04 è il componente fondamentale del processo. Il controllo del distillatore e delle apparecchiature ausiliarie sarà basato su alcuni controlli di processo. Il controllo è basato sulla qualità e quantità del qas che viene scaricato dal distillatore 04 e sulla temperatura del gas di scarico del distillatore 04. Il controllo principale sarà eseguito tramite un gas cromatografo situato allo scarico del distillatore che invierà un segnale all'alimentatore a nastro pesatore 2 per accelerarlo o rallentarlo. La quantità di gas sarà un controllo di regolazione di primo stadio, basato su un segnale proveniente da un controllore di flusso nello scarico del gas. Una seconda regolazione sarà basata sulla temperatura dello scarico, che sente la temperatura di uscita e regola il controllore del bruciatore del distillatore.

Condizionatore del carbone: il condizionatore del carbone 5 è nient'altro che un dispositivo di allontanamento e raffreddamento, controllato dalla temperatura di uscita del carbone. I costituenti del carbone e della cenere entranti ad una temperatura superiore a 1200°F (649°C) sono raffreddati in un trasportatore a coclea che è connesso al distillatore 04 ed è quindi a tenuta rispetto all'atmosfera. Poiché il carbone e la cenere sono una frazione molto piccola, non sarebbe economicamente fattibile tentare di riutilizzare questo materiale. Tuttavia, impianti industriali vicini possono essere in grado di utilizzare il carbone come combustibile supplementare. Il carbone sterilizzato può essere facilmente smaltito senza rischio di inquinamento dell'ambiente. Il controllo di questo dispositivo 5 è attraverso unità di rilevamento della temperatura allo scarico del distillatore 04 e allo scarico del raffreddatore 5 (sia sull'uscita solida che su quella acquosa). La temperatura di ingresso del refrigerante 5 predetermina l'acqua entrante e la temperatura finale del carbone agisce come regolatore per il controllo dell'acqua.

Crackizzatore del gas: il gas prodotto nel distillatore 04 passa in una unità di cracking 6 e viene riscaldato fino a 1200°C, dove i costituenti organici del gas carbonizzato sono crackizzati in componenti a catena corta. Oltre alla distruzione termica degli inquinanti organici, il convertitore gassoso effettua la rimozione di eventuali oli pesanti e catrami rimanenti nel gas. I liquidi pesanti e i catrami rimossi possono essere sia aggiunti al carbone da utilizzarsi come combustibile o smaltiti in un bacino rivestito. Ne consegue che un'omogeneizzazione del gas lascia il crackizzatore 6 da raffreddare. La maggior parte del controllo di questa unità è determinato dalla temperatura e dalla quantità di componenti pesanti che lasciano la camera. Un controllo a temperatura costante è mantenuto con il regolatore attraverso la quantità di costituenti pesanti che vengono scaricati.

Raffreddatore del gas: il gas crackizzato viene raffreddato in controcorrente (camera di raffreddamento) 7 che raffredda il gas dalla sua temperatura elevata di 1000°C, in uscita dall'unità di cracking ad una temperatura di 150°C idonea al suo trattamento. Il dispositivo è controllato tramite un dispositivo sensore di temperatura allo scarico del sistema. All'aumentare o diminuire della temperatura del gas di scarico altrettanto fa la posizione delle valvole dell'acqua di raffreddamento .

Lavatore: il lavatore del gas 8 allontana ogni ulteriore componente organico (se del caso), inorganico, particolato e inquinanti acidi, quale SO2. L'acqua di lavaggio viene neutralizzata con idrossido sodico, calce, calcare, o idrossido di calcio. Il controllo del lavatore è per mezzo di un monitoraggio delle emissioni di gas di scarico per rilevare emissioni gassose e di particolato.

Il punto di settaggio per il controllore sarà un punto dato secondo i regolamenti ambientali del sito di installazione. Aumenti nelle emissioni gassose o di particolato verranno automaticamente controllati aumentando le soluzioni di agenti neutralizzanti ed acqua.

Filtri gas: Dopo il lavatore a umido, i gas passano attraverso una serie di dispositivi di filtraggio gas 9 e 10 che allontanano tutti i composti organici ed inorganici nonché vapori di mercurio e idrogeno solforato. Il controllo di questi dispositivi avviene mediante rilevamento della pressione differenziale per segnalare la necessità di pulizia o rigenerazione dei filtri.

Sistema compressore: Il gas pulito viene aspirato da un compressore per gas 11 per aumentare la pressione del gas fino a un livello richiesto dai bruciatori dell'unità di distillazione 04. Il sistema compressore è in grado di trattare il flusso a pieno carico dal distillatore ed aumentare la pressione del gas fino a 30 psig (2.1 Kg/cm<2>). Il controllo del compressore è effettuato monitorando la pressione all'interno dei serbatoi di stoccaggio principale 12 e del distillatore 13 e la pressione di ingresso del compressore stesso. Lo scopo del compressore è di mantenere una pressione di 30 psig (2.1 Kg/cm<2>) nei due serbatoi di stoccaggio del gas combustibile e una leggera pressione positiva allo scarico del distillatore 04.

Turbina a gas combustibile: Uno dei più importanti utilizzatori del gas prodotto è una unità a turbina a gas combustibile 14, che utilizza il gas distillato per generare elettricità e calore da rifiuti nel distillatore 04. Un compressore ad alta pressione (250 psig - 17.6 Kg/cm<2>) comprime il gas dal serbatoio di stoccaggio principale 12 e lo alimenta all'ingresso della turbina agas combustibile. Il gas di scarico della turbina verrà usato per essiccare ulteriormente i rifiuti entranti. L'elettricità verrà usata internamente nel processo, mentre l'eccesso verrà venduto ad un distributore o ad un utente vicino. Il controllo della turbina a gas combustibile 14 è basato sulla richiesta elettrica nel sistema di eccitazione del generatore, con un meccanismo di intervento ad esclusione sulla pressione del gas all'interno del serbatoio principale di stoccaggio del gas.

Fiaccola: Una fiaccola 15 è intrinseca a questo tipo di processo allo scopo di evitare sovrapressioni nel sistema e di proteggere personale ed apparecchiature. La fiaccola opera attraverso sensori di pressione sulla linea di scarico del distillatore 04 e la pressione nei due serbatoi di stoccaggio. Se uno qualsiasi dei tre rivela aumenti di pressione oltre un valore predefinito, la fiaccola verrà automaticamente attivata. La fiaccola si spegnerà non appena nei tre sistemi si ristabilisce una pressione più bassa.

Separatore a ciclone: Quando i gas caldi lasciano la turbina a gas combustibile e fluiscono attraverso l'essiccatore, viene utilizzato un separatore a ciclone 16 per allontanare le particelle solide dal gas uscente dall'essiccatore e particelle solide raccolte dall'area di ribaltamento. Poiché i separatori a ciclone sono basati sulla velocità, il controllo verrà affidato alla progettazione piuttosto che a un dispositivo di controllo specifico.

Condensatore: Uno dei dispositivi dello stadio finale nel sistema sarà un condensatore 17, (figura 1A), che sottoraffredderà i gas ad un livello accettabile per lo scarico all'atmosfera e ad una temperatura accettabile per il dispositivo di controllo dell'odore finale. Il controllo del condensatore 17 è realizzato per mezzo di un controllo sull'ingresso dell'acqua di raffreddamento che controllerà quindi la temperatura del gas di scarico.

Controllo odore: L'odore è una miscela complessa di gas organici che sono eliminati attraverso una unità di controllo dell'odore 18 in una torre a riempimento controcorrente che utilizza ipoclorito sodico e perossido di idrogeno in un abbattimento a due stadi degli odori finali generati dal processo. Poiché non c'è alcun dispositivo di rilevamento per l'odore, il controllo si baserà sull'impostazione del flusso chimico nell'unità e regolandolo per mezzo dell'olfatto.

Scarico gas: Il sistema di scarico gas comprende il ventilatore 19 a tiraggio forzato (ID) e il camino 20. Il ventilatore 19 aspira dall'intero processo, dal gas di scarico della turbina a combustione fino all'unità di controllo odore. Il punto centrale di controllo per il ventilatore 19 è l'uscita dall'essiccatore. Un WC di pressione di impostazione verrà usato per controllare il posizionatore della serranda del ventilatore 19. Ogni aumento o diminuzione di pressione determinerà la posizione di apertura della serranda del ventilatore 19.

Integrazione del controllo: I controlli sopra descritti sono integrati in una unità di processo 100 a "tempo reale" che regola e controlla il flusso del gas di scarico, la temperatura del forno e la qualità del gas del forno, la portata e la pressione del gas prodotto, la produzione del gas di cracking e del carbone, le emissioni ambientali, e infine la generazione di elettricità. I vari dispositivi descritti verranno integrati nello schema di controllo in "tempo reale" utilizzando i seguenti dispositivi:

Trituratore 1 - Amperaggio, pressione differenziale alimentazione scivolo nastro pesatore

Nastro pesatore 2 - Pressione differenziale essiccatore, regolazione con il flusso del gas di scarico dal forno;

Essiccatore - Cromatografia del gas di scarico dal forno, pressione differenziale forno;

Forno - Cromatografia gas di scarico, pressione serbatoio stoccaggio gas;

Condizionatore carbone - Temperatura uscita carbone; Unità di cracking - temperatura unità di cracking, scarico composti pesanti e portata gas uscenti;

Raffreddatore gas - temperatura scarico gas, regolazione con portata gas e temperatura acqua raffreddamento;

Lavatore gas - monitoraggio emissioni gas di scarico (CEMS);

Filtro gas - pressione differenziale e rigenerazione temporizzata;

Compositore - pressioni nei serbatoi e pressione di scarico dal forno;

Turbina a gas combustibile - richiesta di carico elettrico e pressione nei serbatoi di stoccaggio gas; Fiaccola - pressione di scarico forno e pressione nei serbatoi di stoccaggio;

Condensatore - Temperatura di scarico gas di scarico. Con riferimento ora alla figura 2 il diagramma a blocchi complessivo per il sistema mostra servizi di riciclaggio cittadino che comprendono una fossa di stoccaggio dei rifiuti solidi dai quali a questo punto tutti i materiali non organici quali metalli, alluminio, vetro e plastica vengono allontanati durante il processo di preselezione. L'operazione continua nella fase di selezione in cui il materiale è triturato e comprende un sistema di alimentazione a nastro pesatore che è collegato al trituratore ed anche al controllo in tempo reale che controlla il sistema di alimentazione. La quantità di materiale organico che è triturata viene alimentata ad una unità di essiccamento per rimuovere fino al 90% del suo contenuto di umidità, che è anche controllata dall'essiccatore. Anche qui il controllo in tempo reale è connesso all'essiccatore che consente anche di assicurare che il flusso di rifiuti che viene creato dall'essiccatore venga alimentato alla camera di pirolisi con una portata appropriata. La camera di pirolisi è connessa al controllo in tempo reale che controlla la portata e il gas combustibile raffinato. L'uscita del gas dalla camera di pirolisi genera gas combustibile per combustione per il generatore a turbina elettrico ed anche come ricircolo per l'essiccatore. Inoltre, l'uscita del residuo va la condizionatore del carbone quando il carbone è raffreddato e captato.

Il controllore a tempo reale 100 regola anche la portata, misura le pressioni differenziali nell'essiccatore e misura la gascromatografia per controllare l'intero sistema. L'unità di essiccazione è mantenuta a 350°F (177°C) o a qualsiasi altra temperatura desiderata per ottenere la rimozione dell'acqua. Il serbatoio di propano ausiliario potrà essere usato per l'essiccatore in condizioni particolari.

Con riferimento alla figura 3, viene illustrato il controllo della camera di pirolisi che è a tenuta. Nella camera di pirolisi avviene una operazione di distillazione in cui il gas viene trattato in una operazione di cracking per ottenere il massimo quantitativo di gas possibile utilizzabile per la produzione di energia. La camera ha anche un sensore per prevenire sovrapressioni. La camera include un controllo e sensori di temperatura e uno scarico per monitorare la condizione del gas che può essere scaricato ai bruciatori e alla turbina a gas combustibile. Il raffreddatore ad acqua è usato per il carbone per abbassare la temperatura del carbone.

Il sistema con il controllore 100 in tempo reale è in grado di controllare simultaneamente la selezione, la distillazione, il cracking, la purificazione del gas e l'inquinamento, tutte queste funzioni essendo integrate allo scopo di ridurre il volume di rifiuti del 90% e recuperare il 95% dei gas per l'utilizzo per produzione di energia in un sistema autosostentantesi. Con riferimento alla figura 4, il sistema include un controllo polveri e odori, un controllo preparazioni del materiale, controlli 1 e 2 sulla generazione del gas di pirolisi. In fondo alla figura 4 sono anche illustrati i controlli 1 e 2 sul condizionatore del carbone.

La figura 5 è la continuazione della figura 4 con l'intestazione "controlli del condizionatore del carbone" che si riferisce al blocco in basso della figura 4. Essa contiene inoltre i blocchi controlli condizionamento gas, controlli trattamento acque e controlli stoccaggio e compressione gas. Alla fine, la figura 5 mostra un controllo generatore.

Le figure 4 e 5, viste insieme, formano il diagramma a blocchi complessivo di controllo del processo di distillazione distruttiva.

I controlli odore e polveri comprendono un controllo pressione di tiraggio, un controllo odore, un controllo polvere e controlli condensatore e ciclone mostrati come elemento 16 nella figura 1A. Quanto sopra è controllato da segnali provenienti dal processore di controllo centrale in tempo reale sopra descritto.

I controlli preparazione materiale o materiale di rifiuto comprendono una gru di ribaltamento e un controllo trasportatore, un controllo separazione materiale e un controllo trituratore. Anche qui tutto è controllato dall'unità di elaborazione in tempo reale che integra e controlla le varie azioni in accordo con la camera di distillazione distruttiva.

L'unità di distillazione distruttiva include controlli di generazione gas di pirolisi che potrebbero essere uno o più sistemi che hanno i generatori di gas. Il materiale è controllato e alimentato nella coclea 4a mostrata in figura 1B nell'unità 04 stessa dove il rifiuto viene trattato. Ma i controlli comprendono il controllo dell'ingresso e dell'uscita dell'essiccatore, il controllo dell'alimentatore del materiale dall'unità di rifiuto e il controllo della velocità e dell'attività nell'unità di distillazione distruttiva 4.

In fondo alla figura 4 è indicato con il numero 1 il controllo condizionatore carbone che dovrà riferirsi al controllo numero 1 della camera del gas di pirolisi e con il numero 2 il controllo del condizionatore carbone che si riferisce al controllo numero 2 della generazione del gas di pirolisi. Quindi, il rifiuto o il carbone rimosso dall'unità di distillazione distruttiva va ad un'acqua di raffreddamento attraverso una coclea in un condizionatore carbone ed in uno stoccaggio carbone e viene controllato dai condizionatori carbone.

La figura 5 mostra controlli del condizionamento gas che controllano i gas che sono distillati nell'unità di distillazione distruttiva e come essi sono controllati e processati dopo che essi lasciano l'unità di distillazione, che è 04 nella figura 1A. Il controllo sul raffreddatore gas è connesso ad un controllo lavatore gas e anche ad un controllo lavatore zolfo per la rimozione.

I controlli trattamento acque riguardano l'acqua di raffreddamento che viene usata per trattare il gas di scarico nel condensatore 17 in figura 1A.

Allo scopo di immagazzinare il gas recuperato dall'unità di distillazione distruttiva 04, viene usato un controllore del compressore a bassa pressione che alimenta il gas combustibile recuperato in una area di stoccaggio del gas principale e nell'area di stoccaggio del gas caldo per il forno, che è indicato con 13 nella figura 1B. Il compressore a bassa pressione permette di aumentare la pressione e di forzare il gas in eccesso nei serbatoi di stoccaggio. Un controllo del compressore ad alta pressione viene usato per alimentare gas nel generatore a turbina dove viene bruciato per generare elettricità.

Infine, il sistema comprende il controllo stesso del generatore a turbina che fornisce l'elettricità basato sull'uscita del generatore a turbina. È anche previsto del vapore in uscita dal generatore a turbina per l'essiccatore con funzione di riscaldamento.

Osservando i vari controlli previsti nelle figure 4 e 5, risulta chiaro che l'intero sistema per trattare in modo efficiente i rifiuti organici è tutto coordinato da una miriade di sensori di controllo e di elementi che lavorano simultaneamente ed insieme per produrre il risultato più efficiente.

La presente invenzione è stata qui illustrata e descritta per quel che riguarda la forma realizzativa più pratica e preferita. Si deve notare tuttavia che variazioni possono essere apportate ad essa nell'ambito dell'invenzione e che ovvie modifiche saranno possibili per una persona esperta del settore.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema per il pretrattamento controllato, la pirolisi, la raccolta e la pulizia di rifiuti ed il recupero dell'energia utile, comprendente: (a) un servizio di riciclaggio cittadino per separare materiale organico (biomassa) e per allontanare tutti i materiali non-biomassa e per stoccare detta biomassa; (b) creare un flusso di biomassa di rifiuto; (c) sottoporre il flusso di rifiuto di biomassa ad un sistema di essiccamento per rimuovere in modo sostanziale almeno l'80% dell'umidità dalla biomassa utilizzando gas di rifiuto dalla camera di pirolisi e gas di rifiuto dalla turbina a combustione per il riscaldamento; (d) un sistema a tenuta per impedire all'aria atmosferica di entrare nella camera di pirolisi, controllato da un sensore dell'ossigeno nella camera di pirolisi stessa; (e) una camera di pirolisi, atta alla produzione di gas a potere calorico da basso a medio che utilizza valori di impostazione del processo e controllata da un monitoraggio delle emissioni; (f) una camera di cracking del gas caldo per allontanare i catrami presenti nei gas; (g) un sistema di lavaggio Hydro-Sonic per allontanare il particolato, controllato da un CEMS; (h) sistemi di filtrazione per eliminare l'idrogeno solforato; (i) un compressore del gas e un sistema di stoccaggio per i gas da utilizzarsi nella turbina a combustione e nella camera dì pirolisi.
2. 2. Raccolta di rifiuti organici che comprende il recupero di energia utile comprendente: (a) selezionare diversi rifiuti in un flusso di rifiuto di biomassa organica eliminando tutti i materiali non organici; (b) alimentare il flusso di rifiuto di biomassa ad un'area di essiccamento per rimuovere almeno l'80% dell'umidità dalla corrente di rifiuto di biomassa; (c) immettere il flusso di rifiuto in un ambiente a tenuta di temperatura estremamente elevata atta alla pirolisi con produzione di gas dalla corrente di rifiuto ed un carbone residuo; (d) trattare i gas caldi provenienti dalla pirolisi per eliminare i carboni e le impurità dei gas; (e) utilizzare i gas di scarico prodotti nella pirolisi come energia per fornire energia termica al processo di pirolisi; e (f) monitorare ciascuno dei componenti del sistema per fornire in modo integrato un controllo del flusso di rifiuto di biomassa e per trattare il quantitativo nella camera di pirolisi e il controllo del gas combustibile recuperato.
3. 3. Il controllo di processo descritto nella rivendicazione 1 per recuperare oltre il 95% dell'energia della biomassa utilizzabile.
4. 4. Il controllo del processo secondo la rivendicazione 1 prevede la riduzione del 90% del volume della biomassa e una riduzione dì oltre il 75% del peso della biomassa.
5. 5. Processo secondo la rivendicazione 2 in cui la biomassa è convertita ad energia gassosa in un ambiente esente da ossigeno controllato da a) l'umidità dell'alimentazione entrante e b) la temperatura del processo di pirolisi.
6. 6. Processo secondo la rivendicazione 1 che fornisce un controllo integrato dell'alimentazione nel pirolizzatore e dell'umidità dell'alimentazione.
7. 7. Sistema di controllo integrato e processo di distillazione distruttiva di rifiuti carboniosi sostanzialmente come sopra descritto ed illustrato con riferimento ai disegni annessi.