ITMI20091752A1 - Apparato e suo uso per la rigenerazione di zeoliti - Google Patents

Description

APPARATO E SUO USO PER LA RIGENERAZIONE DI ZEOLITI

La presente invenzione ha come oggetto un apparato ed il suo uso per la rigenerazione termica di zeoliti.

Le zeoliti sono minerali con una struttura cristallina regolare e microporosa con un’enorme quantità di volumi vuoti interni ai cristalli. Le zeoliti rappresentano una classe di setacci molecolari che, in conseguenza della regolarità della loro struttura morfologica, possiedono una selettività maggiore rispetto, ad esempio, alla silice o al carbone attivo, i quali possiedono vuoti irregolari.

Per questo motivo, le zeoliti vengono utilizzate nelle industrie di settore, ad esempio per la purificazione da idrocarburi delle acque reflue dei processi di raffinazione del petrolio oppure, nel caso del trattamento fumi, come adsorbitori di composti organici inquinanti presenti nel flusso gassoso.

Nello stato dell’arte, sono noti apparati e procedimenti basati sulla rigenerazione chimica o termica delle zeoliti.

La via chimica può comportare l’insorgenza di ulteriori problematiche connesse con l’utilizzo di sostanze che possono creare derivati chimici di difficile smaltimento ambientale.

Nel brevetto USA 7.037.871 Ã ̈ descritto un processo per la rigenerazione di un catalizzatore di conversione di idrocarburi, comprendente zeolite, con ozono ad una temperatura compresa tra 20 e 250°C e con una concentrazione di ozono compresa tra 0,1 e 5% molare.

Nel brevetto USA 7.368.409 à ̈ descritto un processo per la rigenerazione di un catalizzatore solido o di un adsorbente solido dove il catalizzatore o l’adsorbente, contenente un supporto amorfo o zeolitico, à ̈ usato in forma di un letto in movimento in una zona di rigenerazione, comprendendo almeno una fase di riscaldo in un’atmosfera riducente.

Nel brevetto USA 4.551.437 à ̈ descritto un processo ed un apparato per il trasporto ed il riscaldamento di catalizzatori, utilizzati per la conversione di idrocarburi, che devono essere attivati o rigenerati. Il processo prevede un trattamento termico tramite radiazioni elettromagnetiche con una lunghezza d’onda compresa tra 0,38 micron e 50 mm.

Le soluzioni proposte e note dallo stato dell’arte presentano ancora numerosi problemi non risolti quali, componenti chimici di difficile gestione, basso numero di rigenerazioni possibili per deterioramento del materiale da purificare, elevati quantitativi di fumi generati dal trattamento, elevati tempi operativi, bassa flessibilità e complessità impiantistica.

La presente invenzione intende proporre un apparato ed un suo uso in grado di risolvere i problemi dello stato dell’arte ed in particolare di fornire una soluzione tale da consentire un elevato numero di rigenerazioni delle zeoliti, con bassa portata di fumi prodotti ed evitandone praticamente il deterioramento, usando accorgimenti impiantistici atti a minimizzare lo stress termomeccanico e a massimizzare il contatto tra l’elemento da purificare (zeolite) e il flusso gassoso necessario per la rimozione dell’inquinante assorbito (sulle zeoliti stesse).

Scopo della presente invenzione, meglio descritta nelle allegate rivendicazioni, à ̈ quello di fornire un apparato per la rigenerazione di zeoliti, esauste per adsorbimento di idrocarburi o di sostanze organiche inquinanti, comprendente mezzi per l’immissione delle zeoliti da rigenerare; mezzi per la produzione di fumi caldi; una prima camera, sostanzialmente cilindrica, atta a ruotare intorno al proprio asse di simmetria longitudinale, che riceve le zeoliti da rigenerare; una seconda camera, sostanzialmente cilindrica, ad asse parallelo e posizionata internamente alla prima, atta a far circolare al suo interno detti fumi caldi; una terza camera comprendente una prima parte, ad asse parallelo alla prima, atta ad estendersi longitudinalmente internamente alla seconda camera ed una seconda parte, ad asse inclinato rispetto all’asse della prima camera, che si sviluppa longitudinalmente nell’intercapedine tra la prima e la seconda camera, detta terza camera essendo atta a far circolare al suo interno fluidi riscaldati, ad esempio aria o ossigeno o aria arricchita in ossigeno o gas inerte; mezzi per l’emissione delle zeoliti rigenerate; e mezzi per il trattamento di sostanze aeriformi.

I mezzi per l’immissione di zeoliti comprendono una tramoggia, una coclea, un nastro trasportatore ovvero un’iniezione pneumatica ed i mezzi per la produzione di fumi caldi comprendono bruciatori di metano o GPL ad aria soffiata o ad aria aspirata.

L’asse di simmetria longitudinale della prima camera e, quindi, dell’intero apparato à ̈ inclinato rispetto all’orizzontale, in senso orario, di un angolo compreso tra 0,3° e 1,5°, avendo come origine la zona di immissione delle zeoliti.

La seconda camera à ̈ preferibilmente in forma di corona circolare o poligonale cava. Nello spazio della corona circolano i fumi caldi prodotti dal bruciatore che in questo modo scaldano prevalentemente per irraggiamento sia l’intercapedine tra prima e seconda camera, dove si muovono le zeoliti da rigenerare, sia il volume cavo centrale che ospita parte della terza camera in forma tubolare cava.

La prima parte della terza camera può essere costituita anche da un convenzionale fascio di tubi, mentre la seconda parte à ̈ costituita essenzialmente da una porzione tubolare cava, sostanzialmente lineare, che si estende nell’intercapedine tra la prima e la seconda camera e comprende almeno un ugello e preferibilmente una pluralità di ugelli, ad esempio in numero compreso tra 20 e 60 e con un diametro del foro di uscita dei fluidi riscaldati compreso tra 3 e 12 mm, e tali da inviare detti fluidi riscaldati verso la parete interna della prima camera, con un’angolazione compresa tra 15° e 45°, in senso antiorario, rispetto all’orizzontale.

La seconda parte della terza camera à ̈ posizionata all’esterno della seconda camera nell’intercapedine con la prima camera, nel quadrante inferiore, in senso orario, ad un’angolazione compresa tra 40° e 80° rispetto al suo asse trasversale orizzontale.

Il rapporto tra lunghezza e diametro della prima camera à ̈ compreso tra 6 e 15.

I fumi caldi comprendono fumi della combustione di metano o GPL.

I mezzi per l’emissione delle zeoliti rigenerate comprendono almeno un sistema a gravità ed i mezzi per il trattamento di sostanze aeriformi comprendono almeno un bruciatore o un filtro ed elementi di raccordo.

Il bruciatore per il trattamento di sostanze aeriformi à ̈ atto a realizzare una seconda combustione, a valle della prima, utilizzando anche i fumi di scarico della precedente combustione. I prodotti di questa seconda combustione vengono riciclati, tramite detti elementi di raccordo, e miscelati ai fumi caldi.

Il filtro viene usato, invece, in caso di scarico all’esterno dei fumi provenienti dalla seconda camera.

La prima, seconda e terza camera sono realizzate in materiale metallico resistente al calore e la parete interna della prima camera à ̈ realizzata tramite lamiera metallica striata o bugnata.

L’asse di simmetria longitudinale della seconda camera rispetto all’asse di simmetria longitudinale della prima camera à ̈ coincidente o parallelamente distanziato.

La presente invenzione si propone anche come uso dell’apparato descritto sopra per la rigenerazione di zeoliti.

Secondo il presente uso per la rigenerazione di zeoliti, i fluidi riscaldati comprendono aria, ossigeno, aria arricchita in ossigeno o gas inerte sono inviati ad una portata compresa tra 30 e 100 Nm<3>/h.

La temperatura nell’intercapedine tra la prima e la seconda camera à ̈ compresa tra 300 e 900°C e la velocità di rotazione della prima camera à ̈ compresa tra 3 e 15 giri/min ed al suo interno vi à ̈ una pressione relativa compresa tra -20 e -100 Pa.

La portata di zeoliti da rigenerare à ̈ compresa tra 20 e 40 Kg/h ed il tempo di permanenza delle zeoliti da rigenerare all’interno della prima camera à ̈ compreso tra 40 e 60 min. La dimensione delle zeoliti da trattare à ̈ compresa tra 0,5 e 6 mm.

La presente invenzione verrà di seguito meglio illustrata dalla descrizione di sue forme di realizzazione, date a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’aiuto dei disegni annessi, in cui:

Figura 1 rappresenta uno schema semplificato dell’apparato dell’invenzione proposta;

Figura 2 rappresenta un grafico che esprime la misura di THC (Total Hydro-Carbon) presente nelle zeoliti prima del trattamento secondo la presente invenzione; e

Figura 3 rappresenta un grafico che esprime la misura di THC (Total Hydro-Carbon) presente nelle zeoliti dopo il trattamento secondo la presente invenzione.

Con riferimento alla Figura 1 l’apparato (1) e l’utilizzo dell’apparato proposto della presente invenzione prevede l’immissione del materiale da rigenerare (le zeoliti) attraverso una tramoggia (2) da dove successivamente si immette in un tamburo ruotante (4) (la prima camera). Internamente a tale tamburo, coassialmente nel presente disegno, à ̈ alloggiata una seconda camera (5) al cui interno sono fatti circolare fumi di combustione ottenuti dalla combustione di metano o GPL causata dal bruciatore (3). In particolare, la seconda camera (5) ha una struttura a corona circolare o poligonale, dove circolano i fumi caldi della combustione. A sua volta, la struttura a corona circolare o poligonale racchiude un volume in cui à ̈ disposta la terza camera 6. Grazie a questa struttura i fumi caldi riscaldano prevalentemente per irraggiamento sia l’intercapedine tra prima e seconda camera che il volume in cui à ̈ disposta la terza camera.

La camera (5) alloggia parzialmente la terza camera (6) che à ̈ realizzata come un condotto cavo a fascio che si sviluppa anche nell’intercapedine tra il tamburo ruotante e la seconda camera; all’interno di questa terza camera circola aria od ossigeno o gas inerte, ad esempio, che viene riscaldata per irraggiamento tramite la camera (5). Dalla porzione di camera (6) che si sviluppa nell’intercapedine tra prima camera (tamburo ruotante) e seconda camera fuoriesce, tramite una serie di ugelli, l’aria riscaldata che lambisce la superficie delle zeoliti da rigenerare. Le zeoliti sono movimentate tramite il contatto con la parete interna del tamburo ruotante e, grazie all’apporto termico per irraggiamento diretto tramite l’azione della camera contenente fumi o per conduzione tramite l’azione ed il contatto con il mantello interno del tamburo ruotante irraggiato dalla camera contenente fumi, ed alla ventilazione generata dall’aria immessa, sono rigenerate e possono fuoriuscire dall’apposita via di emissione (7).

I fumi della combustione possono essere filtrati, e scaricati all’esterno, o ulteriormente utilizzati tramite un secondo bruciatore (8) che, dopo combustione, li invia nella zona operativa del primo bruciatore.

In conformità a quanto forma oggetto della presente invenzione, di seguito sono mostrati alcuni esempi, non limitativi, di realizzazione della stessa. ESEMPIO 1

Tramite tramoggia, sono state introdotte nella camera ruotante, ad asse inclinato, in senso orario, di 1,5°, rispetto all’orizzontale, 40 kg di zeoliti esauste, per assorbimento di idrocarburi, della dimensione di 0,5 - 6 mm che sono state trattate ad una temperatura di 600°C e sulle quali à ̈ stato inviato un flusso di ossigeno ad una portata di 35 Nm<3>/h. La velocità di rotazione del tamburo ruotante à ̈ stata di 9 giri/in ed il suo interno à ̈ stato realizzato mediante lamiera metallica striata per favorire la corretta movimentazione. Il rapporto tra la lunghezza ed il diametro della prima camera à ̈ stato di 10 e la porzione tubolare cava della terza camera che si estende longitudinalmente nell’intercapedine tra la prima e la seconda camera à ̈ stata posizionata ad un’angolazione di 55° rispetto all’asse trasversale orizzontale. Su tale porzione tubolare à ̈ stata posizionata una pluralità di 40 ugelli con un diametro del foro di uscita dell’ossigeno di 6 mm. Il tempo di permanenza delle zeoliti da rigenerare all’interno della prima camera à ̈ stato di 40 minuti. La Figura 1 e la Figura 2 mostrano la misura del THC (Total Hydro Carbon) presente nelle zeoliti prima e dopo l’adozione dell’apparato della presente invenzione in funzione del tempo e della temperatura misurata nella camera ruotante(4).

ESEMPIO 2

Sono state introdotte nella camera ruotante, ad asse inclinato, in senso orario, di 1,5° rispetto all’orizzontale, tramite sistema di iniezione pneumatico, 40 kg di zeoliti della dimensione di 0,5 -8 mm che sono state trattate ad una temperatura di 500°C, misurata all’interno della prima camera, e sulle quali à ̈ stato inviato un flusso d’aria ad una portata di 60 Nm<3>/h. La velocità di rotazione del tamburo ruotante à ̈ stata di 6 giri/min ed il suo interno à ̈ stato realizzato mediante lamiera metallica bugnata per favorire la corretta movimentazione. Il rapporto tra la lunghezza ed il diametro della prima camera à ̈ di 8 e la porzione tubolare cava della terza camera che si estende longitudinalmente nell’intercapedine tra la prima e la seconda camera à ̈ stata posizionata ad un’angolazione di 60°, in senso orario, rispetto all’asse trasversale orizzontale. Su tale porzione tubolare sono stati posizionati una pluralità di 40 ugelli con un diametro del foro di uscita dell’aria di 10 mm. Il tempo di permanenza delle zeoliti da rigenerare all’interno della prima camera à ̈ stato di 65 minuti. Anche in questo caso, il valore del THC, dopo il trattamento, risulta essere uguale a zero.

Claims (25)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato (1) per la rigenerazione di zeoliti, caratterizzato dal fatto di comprendere: - mezzi per l’immissione (2) delle zeoliti da rigenerare; - mezzi per la produzione (3) di fumi caldi; - una prima camera (4) sostanzialmente cilindrica atta a ruotare intorno al proprio asse di simmetria longitudinale; - una seconda camera (5), sostanzialmente cilindrica, ad asse parallelo e posizionata internamente alla prima, atta a far circolare al suo interno detti fumi caldi; - una terza camera comprendente una prima parte, ad asse parallelo alla prima, atta ad estendersi longitudinalmente internamente alla seconda camera ed una seconda parte, ad asse inclinato rispetto all’asse della prima camera, che si sviluppa longitudinalmente nell’intercapedine tra la prima e la seconda camera, detta terza camera essendo atta a far circolare al suo interno fluidi riscaldati, quali aria o ossigeno o aria arricchita in ossigeno o gas inerte; - mezzi per l’emissione (7) di zeoliti rigenerate - mezzi per il trattamento (8) di sostanze aeriformi.
2. 2. Apparato per la rigenerazione di zeoliti, secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi per l’immissione di zeoliti comprendono una tramoggia, una coclea, un nastro trasportatore, un’iniezione pneumatica.
3. 3. Apparato per la rigenerazione di zeoliti, secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi per la produzione di fumi caldi comprendono bruciatori ad aria soffiata o ad aria aspirata.
4. 4. Apparato per la rigenerazione di zeoliti, secondo la rivendicazione 1, in cui l’asse di simmetria longitudinale di detta prima camera cilindrica à ̈ inclinato rispetto all’orizzontale, in senso orario, di un angolo compreso tra 0,3 e 1,5° avendo come origine la zona di immissione delle zeoliti.
5. 5. Apparato per la rigenerazione di zeoliti, secondo la rivendicazione 1, in cui detta seconda camera à ̈ preferibilmente in forma di corona circolare o poligonale cava al cui interno circolano detti fumi caldi.
6. 6. Apparato per la rigenerazione di zeoliti, secondo la rivendicazione 1, in cui detta terza camera à ̈ preferibilmente in forma tubolare cava.
7. 7. Apparato per la rigenerazione di zeoliti, secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi per l’emissione di zeoliti rigenerate comprendono almeno un sistema a gravità.
8. 8. Apparato per la rigenerazione di zeoliti, secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi per il trattamento di sostanze aeriformi comprendono almeno un bruciatore ovvero un filtro ed elementi di raccordo.
9. 9. Apparato per la rigenerazione di zeoliti, secondo la rivendicazione 6, in cui detta terza camera nella porzione tubolare cava che si estende nell’intercapedine tra la prima e la seconda camera comprende almeno un ugello e preferibilmente una pluralità di ugelli.
10. 10. Apparato per la rigenerazione di zeoliti, secondo la rivendicazione 9, in cui detta terza camera, nella porzione tubolare cava che si estende longitudinalmente nell’intercapedine tra la prima e la seconda camera, à ̈ posizionata ad un’angolazione, in senso orario, compresa tra 40° e 80° rispetto al suo asse trasversale orizzontale.
11. 11. Apparato per la rigenerazione di zeoliti, secondo la rivendicazione 9, in cui detta serie di ugelli à ̈ costituita da un numero di ugelli compreso tra 20 e 60 e con un diametro del foro di uscita del fluido compreso tra 3 e 12 mm.
12. 12. Apparato per la rigenerazione di zeoliti, secondo la rivendicazione 11, in cui detti ugelli sono atti ad inviare detti fluidi riscaldati verso la parete interna della prima camera con un’angolazione, in senso antiorario, compresa tra 15° e 45° rispetto all’orizzontale.
13. 13. Apparato per la rigenerazione di zeoliti, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui il rapporto tra lunghezza e diametro della prima camera à ̈ compreso tra 6 e 15.
14. 14. Apparato per la rigenerazione di zeoliti, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detti primi fluidi comprendono fumi della combustione di metano o GPL.
15. 15. Apparato per la rigenerazione di zeoliti, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui il bruciatore per il trattamento di sostanze aeriformi à ̈ atto a realizzare una combustione dei fumi di scarico della precedente combustione da inviare tramite detti elementi di raccordo ad alimentare i mezzi di riscaldamento dei primi fluidi.
16. 16. Apparato per la rigenerazione di zeoliti, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detta prima, seconda e terza camera sono realizzate in materiale metallico resistente al calore e la parete interna della prima camera à ̈ realizzata tramite lamiera metallica striata o bugnata.
17. 17. Apparato per la rigenerazione di zeoliti, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui l’asse di simmetria longitudinale della seconda camera (5) rispetto all’asse di simmetria longitudinale della prima camera (4) à ̈ coincidente o parallelamente distanziato.
18. 18. Uso dell’apparato come da rivendicazioni da 1 a 17 per la rigenerazione di zeoliti esauste per adsorbimento di idrocarburi o di sostanze organiche inquinanti.
19. 19. Uso dell’apparato per la rigenerazione di zeoliti secondo la rivendicazione 18, in cui detti fluidi riscaldati comprendono aria o ossigeno o aria arricchita in ossigeno o gas inerte e sono inviati ad una portata compresa tra 30 e 100 Nm<3>/h.
20. 20. Uso dell’apparato per la rigenerazione di zeoliti secondo la rivendicazione 18, in cui la temperatura nell’intercapedine tra prima e seconda camera à ̈ compresa tra 300° e 900°C.
21. 21. Uso dell’apparato per la rigenerazione di zeoliti secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 18 a 20, in cui la velocità di rotazione della prima camera à ̈ compresa tra 3 e 15 giri/min.
22. 22. Uso dell’apparato per la rigenerazione di zeoliti secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 18 a 21, in cui la pressione relativa interna alla prima camera à ̈ compresa tra -20 e -100 Pa.
23. 23. Uso dell’apparato per la rigenerazione di zeoliti secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 18 a 22, in cui la portata di zeoliti da rigenerare à ̈ compresa tra 20 e 100 Kg/h.
24. 24. Uso dell’apparato per la rigenerazione di zeoliti secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 18 a 23, in cui il tempo di permanenza delle zeoliti da rigenerare all’interno della prima camera à ̈ compreso tra 40 e 60 min.
25. 25. Uso dell’apparato per la rigenerazione di zeoliti secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 18 a 24, in cui la dimensione delle zeoliti da rigenerare à ̈ compresa tra 0,5 e 8 mm.