ITMI20121000A1 - Procedimento di pirolisi di materiale a matrice organica - Google Patents

Procedimento di pirolisi di materiale a matrice organica Download PDF

Info

Publication number
ITMI20121000A1
ITMI20121000A1 IT001000A ITMI20121000A ITMI20121000A1 IT MI20121000 A1 ITMI20121000 A1 IT MI20121000A1 IT 001000 A IT001000 A IT 001000A IT MI20121000 A ITMI20121000 A IT MI20121000A IT MI20121000 A1 ITMI20121000 A1 IT MI20121000A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
pyrolysis
gas
plant
gases
organic matrix
Prior art date
Application number
IT001000A
Other languages
English (en)
Inventor
Mario Cruccu
Original Assignee
Mario Cruccu
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mario Cruccu filed Critical Mario Cruccu
Priority to IT001000A priority Critical patent/ITMI20121000A1/it
Priority to BRBR102013005295-7A priority patent/BR102013005295A2/pt
Priority to PCT/IB2013/054618 priority patent/WO2013183003A1/en
Publication of ITMI20121000A1 publication Critical patent/ITMI20121000A1/it

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/027—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
    • F23G5/0273—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage using indirect heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B47/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion
    • C10B47/28—Other processes
    • C10B47/30—Other processes in rotary ovens or retorts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/005—Rotary drum or kiln gasifiers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C10K1/10—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids
    • C10K1/101—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids with water only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/20—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having rotating or oscillating drums
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0916—Biomass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0946—Waste, e.g. MSW, tires, glass, tar sand, peat, paper, lignite, oil shale
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0973—Water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0983—Additives
    • C10J2300/0986—Catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/12—Heating the gasifier
    • C10J2300/1207—Heating the gasifier using pyrolysis gas as fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/12—Heating the gasifier
    • C10J2300/1215—Heating the gasifier using synthesis gas as fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1693—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with storage facilities for intermediate, feed and/or product
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2201/00—Pretreatment
    • F23G2201/30—Pyrolysing
    • F23G2201/301—Treating pyrogases
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/12—Heat utilisation in combustion or incineration of waste

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Description

PROCEDIMENTO DI PIROLISI DI MATERIALE A MATRICE ORGANICA
Descrizione
La presente invenzione riguarda un procedimento per la pirolisi di materiale carbonioso o almeno parzialmente carbonioso, quale quello derivante da biomasse o da rifiuti organici e misti di varia origine.
La pirolisi à ̈ un processo di conversione termochimica di materiali a matrice organica in prodotti finali combustibili, che avviene in assenza di ossigeno, o con una presenza così limitata di questo, tale da poter trascurare le reazioni di ossidazione, responsabili della formazione di composti quali diossine e furani. Rispetto ai forni a combustione normalmente utilizzati per l’incenerimento dei rifiuti, i reattori pirolitici risultano quindi molto più sicuri e non richiedono dei sofisticati sistemi di abbattimento dei composti tossici di ossidazione che, in caso di avaria, riverserebbero nell’atmosfera diossina e furani con grosso rischio per la salute e per l’ambiente.
I prodotti della pirolisi sono gassosi, liquidi e solidi, in proporzioni che dipendono dai metodi di pirolisi, dai parametri di reazione e dal materiale con cui viene alimentato il reattore pirolitico. Rispetto a un processo di combustione diretta, la tecnologia pirolitica consente di trasferire ai prodotti, siano essi gassosi, liquidi o solidi, il contenuto energetico del materiale di partenza in un processo a basso impatto ambientale. Negli studi sperimentali reperibili sia in letteratura che nella pratica industriale si osserva come tradizionalmente il processo di pirolisi sia stato usato per massimizzare la produzione del char (carbone) o più spesso quella dell’olio di pirolisi.
La scarsa attenzione dedicata finora alla produzione del combustibile gassoso à ̈ da imputare alla bassa resa in gas caratteristica della tecnologia pirolitica convenzionale, che si attesta ad un valore normalmente inferiore al 40% in peso del materiale di partenza.
Esiste una enorme variabilità nei processi e nei prodotti ottenibili, determinata dall’ampia possibilità di agire sui parametri che governano le reazioni di processo (temperatura, tempo di residenza, velocità di riscaldamento, pressione, granulometria del materiale di alimentazione). Questo comporta che siano state fatte diverse classificazioni delle tecnologie pirolitiche esistenti, le più comuni delle quali si basano sulla temperatura di processo e sulla velocità di reazione.
In funzione della temperatura alla quale vengono condotti, i processi pirolitici si distinguono in pirolisi a bassa (400–600°C), media (600–1000°C) e alta temperatura (1000–2000°C). I processi di pirolisi a bassa e media temperatura (450–1000°C) si distinguono, a loro volta, per la tipologia di reattore nel quale sono condotti:
1. il forno verticale, in cui il materiale organico viene alimentato dall’alto, essiccato e pirolizzato procedendo dall’alto verso il basso in controcorrente rispetto ai gas caldi. I residui vengono recuperati nella sezione bassa del reattore, mentre i gas vengono evacuati dalla parte alta.
2. il forno rotativo, simile al forno verticale, caratterizzato da un più efficace trasporto del calore e da un miglior mescolamento del materiale organico alimentato in virtù della loro rotazione. Per contro la pirolisi condotta in un reattore rotante à ̈ un processo più delicato, a causa dei rischi connessi con la possibilità di ingresso di aria in prossimità dei giunti di rotazione.
3. il forno a letto fluido, cilindrico verticale, in cui il materiale organico da trattare, che necessita di pretrattamenti di triturazione e vagliatura, viene tenuto in sospensione da un flusso gassoso ascensionale. All’interno del reattore viene posto anche un inerte, di solito sabbia silicea, con il compito di favorire gli scambi termici e fornire al sistema una sufficiente inerzia termica. Tali forni sono molto complessi e di difficile conduzione.
I prodotti generati dai processi condotti nei forni precedentemente descritti sono generalmente:
• Polveri, composte prevalentemente da polverino di carbone. Sono più facilmente trattabili di quelle prodotte durante l’incenerimento, perché composte da particelle di dimensioni maggiori, a causa della temperatura di esercizio più bassa. Esse inoltre sono più concentrate, dato il volume minore della fase gassosa prodotta.
• Gas, costituito essenzialmente da idrogeno (H2), monossido di carbonio (CO) e gas inerti dovuti alle infiltrazioni. È un gas con un potere calorifico compreso tra 12.500 e 20.900 kJ/Nm<3>. Non contiene ossidi di azoto a causa della temperatura moderata e dell’atmosfera fortemente riducente alla quale viene condotto il processo.
• Olio pirolitico, costituito principalmente da composti organici parzialmente ossidati (acidi, alcoli, esteri). È un combustibile che deve seguire un processo depurativo a causa dei prodotti corrosivi del cloro e dello zolfo in esso contenuti. Può essere utilizzato per realizzare l’apporto endotermico necessario alle reazioni di pirolisi o essere valorizzato separatamente.
• Residuo solido o coke di pirolisi, che contiene un substrato minerale proveniente dalla frazione inorganica del rifiuto e un substrato organico carbonioso. Tale residuo può essere utilizzato come combustibile solido a valle di trattamenti depurativi, o trasformato in carbone attivo.
La pirolisi ad alta temperatura (circa 2000°C) avviene con elevate velocità di reazione (pirolisi “flash†) ed à ̈ caratterizzata da elevate rese di demolizione termica dei rifiuti in atmosfera riducente e dalla minimizzazione della formazione dei composti intermedi di reazione. I reattori utilizzati sono elettrici tubolari nei quali il materiale organico finemente triturato si decompone nel corso della sua caduta verticale per effetto di intensi scambi di calore. I problemi connessi con la compatibilità chimico-fisica dei materiali risultano minimizzati evitando il contatto rifiuto-parete, mantenendo separati i flussi da trattare dalle pareti radianti. L’esigua durata del trattamento à ̈ sufficiente a produrre un effluente gassoso “pulito†, minimizzando così la necessità di trattamento dei prodotti.
In base alle velocità di reazione, invece, le diverse tecnologie impiegate per la pirolisi di materiale a matrice organica in scala pilota e industriale si distinguono in:
• Pirolisi veloce con temperature non superiori a 650°C, utilizzata per massimizzare la produzione di olio pirolitico. I processi attualmente esistenti sono: THIDE (potenzialità 20.000 – 60.000 t/anno), GARRET, PYROCAL, KEINER, pirolisi sotto vuoto;
• Pirolisi veloce con temperature superiori a 650°C. Utilizzata per massimizzare la produzione di prodotti gassosi (Processo HTFW, processo AER);
• Pirolisi lenta con basse temperature (non superiori a 500°C). Si ottiene la massimizzazione della produzione di char attraverso reazioni secondarie di ripolimerizzazione e di coking;
• Pirolisi lenta con medie temperature (600°C). Si ottiene la massimizzazione della produzione di olio e di gas di pirolisi. Si basano su questi parametri il processo NESA FLOWSHEET, il ROTOPYR, il D.R.P..
E’ stato anche messo a punto un procedimento di pirolisi lenta che prevede l’aggiunta di una quantità in lieve eccesso stechiometrico di acqua per favorire la reazione con carbonio organico a dare idrogeno e ossido di carbonio, ma tale procedimento ha il limite che, nel caso in cui il materiale organico da trattare ha un contenuto d’acqua troppo elevato, in particolare maggiore del 30%, il procedimento non à ̈ vantaggioso.
Il problema che sta alla base della presente invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione un procedimento di pirolisi di materiale a matrice organica che risulti in una massimizzazione della produzione di combustibile gassoso di alto valore e che sia applicabile ad ogni tipologia di materiale, indipendentemente dal suo contenuto d’acqua iniziale.
Tale problema à ̈ risolto da un procedimento di pirolisi come delineato nelle annesse rivendicazioni, le cui definizioni formano parte integrante della presente descrizione.
La tecnologia pirolitica oggetto della presente invenzione si basa sulla combinazione di tre parametri di processo, cioà ̈ bassa velocità di reazione, regolazione del contenuto di acqua e presenza di catalisi, consentendo di convertire il materiale a matrice organica di partenza, sia esso costituito da rifiuti o biomasse boschive od agricole, in gas di sintesi con una resa molto elevata.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di un esempio di realizzazione, fatta qui di seguito a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle seguenti figure:
Figura 1 rappresenta una vista schematica di un’impianto di pirolisi per l’attuazione del procedimento dell’invenzione;
Figura 2 rappresenta una vista laterale in sezione del reattore secondo l’invenzione.
Il processo dell’invenzione permette di ottenere una elevata resa in gas pirolitici mediante la combinazione di tre parametri fondamentali:
a) velocità di reazione;
b) umidità;
c) presenza di catalizzatori nel materiale a matrice organica da pirolizzare.
La velocità di reazione varia nell’intervallo di 0,5-1,5 ore, operando ad una temperatura compresa tra 400°C e 600°C, più preferibilmente tra 400°C e 500°C. Si configura pertanto come un processo di pirolisi lenta.
La quantità d’acqua à ̈ regolata in funzione del contenuto di carbonio del materiale da pirolizzare ed à ̈ maggiore di quella presente nei processi di pirolisi noti. In generale, la quantità d’acqua nel materiale da pirolizzare à ̈ pari a circa il 30% in peso.
Con il termine “circa il 30% in peso†riferito al contenuto di acqua nel materiale da pirolizzare si intende generalmente un contenuto acquoso compreso tra il 25% ed il 35% in peso.
I catalizzatori utilizzati per il processo di pirolisi della presente invenzione sono catalizzatori per reazioni di cracking, preferibilmente scelti tra catalizzatori a base di ferro, nichel o cromo. Dal momento che si osserva un incremento delle proprietà catalitiche nell’ordine Fe < Ni < Cr, la scelta del catalizzatore più adatto viene fatta in funzione della reattività del materiale di partenza, che varia secondo l’ordine biomasse > rifiuti organici a matrice prevalentemente polimerica (plastiche). Si utilizzerà quindi preferibilmente un catalizzatore meno attivo per un substrato più reattivo.
Preferibilmente tali metalli saranno in forma di polvere con una granulometria non superiore a 1 mm. Preferibilmente, si utilizzano tra 100 e 300 mg di catalizzatore per kg di materiale da pirolizzare.
Gli scopi della presente invenzione sono raggiunti grazie ad un impianto e nello specifico ad un reattore come qui di seguito delineati.
Con riferimento alle figure, un impianto secondo l’invenzione viene indicato nel suo complesso con il numero 1.
Il materiale a matrice organica (rifiuti, biomasse, ecc.) da pirolizzare viene trasferito da una vasca 10 ad una tramoggia 3 per mezzo di mezzi di trasporto 11, tipicamente coclee. Nella tramoggia 3 il materiale da pirolizzare viene addizionato del catalizzatore prescelto tramite il dosatore 2. La tramoggia 3 à ̈ posta sopra una coclea 4. Mezzi per il vuoto, quale una pompa da vuoto o ventola, provvedono ad evacuare l’aria assorbita nel materiale da pirolizzare, in modo da creare, all’interno del reattore 5 di pirolisi, un vuoto di circa 5-10 mm di colonna d’acqua.
La coclea 4 trasporta il materiale da pirolizzare all’interno del reattore di pirolisi 5.
Il reattore 5 comprende una camera di reazione 5a. La camera di reazione 5a à ̈ una camera cilindrica orizzontale rotante. Coassialmente ad essa à ̈ disposta una camera di combustione 6 fissa. La camera di combustione 6 à ̈ preferibilmente rivestita di refrattario.
La camera di reazione 5a comprende una prima porzione 7 di preriscaldamento, disposta a monte rispetto alla direzione di avanzamento del materiale da pirolizzare, ed una seconda porzione 8 di pirolisi, disposta a valle della prima porzione di preriscaldamento 7.
La porzione di preriscaldamento 7 comprende sulla sua superficie esterna un’aletta elicoidale 9.
Il preriscladamento del materiale da pirolizzare ha anche lo scopo di far evaporare tutta l’acqua in eccesso eventualmente presente, portando il suo contenuto al di sotto del 30% in peso. Il tenore di disidratazione viene regolato variando la velocità della coclea 4 e, quindi, il tempo di permanenza in tale sezione 7. Anche una eccessiva o inferiore disidratazione non comporta, comunque, problemi in quanto nella parte successiva del reattore tutta l’acqua verrà evaporata e sarà disponibile per le reazioni con il carbonio di cracking della matrice organica.
La camera di combustione 6 presenta a sua volta una prima porzione di preriscaldamento 12, che contorna la porzione di preriscaldamento 7 della camera di reazione 5a, ed una seconda porzione di riscaldamento 13, che contorna la porzione di pirolisi 8 della camera di reazione 5a. In detta seconda porzione di riscaldamento 13 sono posizionati dei bruciatori 14. I bruciatori 14 sono disposti longitudinalmente lungo tutta la porzione di riscaldamento 13 della camera di combustione 6, tipicamente nella sua parte inferiore. Il combustibile per i bruciatori 14 potrà derivare sia da propano, metano e gasolio che da parte del gas pirolitico prodotto nel reattore 5 stesso (linea 24).
La distribuzione dei bruciatori 14 longitudinalmente lungo l’intera superficie della porzione di pirolisi 8 della camera di reazione 5a permette di raggiungere temperature di pelle della porzione di pirolisi 8 di circa 800°C, ottimizzando il riscaldamento interno del reattore. In questo modo la resa di cracking à ̈ aumentata.
Prima di uscire dalla camera di combustione 6, i fumi di combustione, aventi una temperatura di circa 1200°C, passano attraverso la porzione di preriscladamento 12 percorrendo un percorso a spirale determinato dall’aletta elicoidale 9, massimizzando quindi il tempo di contatto con la parete della porzione di preriscladamento 7 della camera di reazione 5a. I fumi vengono quindi evacuati attraverso la linea 19 aspirata da mezzi di aspirazione 20 e, dopo essere passati attraverso mezzi di scambio termico 21 ed opportuni mezzi di depurazione con impiego di soluzione di urea in un reattore SNCR 21a, vengono scaricati da un camino 22.
Nei mezzi di scambio termico 21 viene preriscaldata l’aria che, attraverso la linea 23, viene immessa nei bruciatori 14 come comburente.
A valle della camera di reazione 5a, il reattore 5 comprende una camera ad asse verticale 15, aperta sul fondo da cui sono scaricatei il carbone con gli inerti tramite valvole a cassetto automatizzate. Gli inerti e il carbone vengono raccolti in una vasca 16, da cui poi vengono trasferiti, tramite una coclea 17, ad un condotto 18 raffreddato ad acqua e quindi ai carrelli per la sua asportazione dall’impianto. Una parte di questi, sempre tramite la coclea 17, può essere inviata alla tramoggia 3 per il ricircolo e la massimizzazione della produzione di gas pirolitico.
Nel reattore 5, mantenuto ad una temperatura compresa tra 400°C e 500°C, tipicamente circa 450°C, ed in atmosfera carente in ossigeno, il materiale subisce un processo termico di decomposizione ed il carbone così prodotto reagisce con l’acqua per formare il gas pirolitico (idrogeno ed ossido di carbonio) con una resa di circa l’80% in peso.
I gas pirolitici in uscita dalla camera di reazione 5a del reattore 5 vengono inviati, attraverso la linea 25, ad un ciclone 26 per l’eliminazione delle polveri. Il ciclone consente la separazione delle particelle solide o liquide presenti nel flusso gassoso sfruttando la forza centrifuga sviluppata dal moto vorticoso imposto al flusso gassoso stesso.
Dal ciclone 26 i gas pirolitici, privati della maggior parte delle polveri, subiscono una fase di raffreddamento rapido (quench) da circa 450°C a circa 40-60°C. In tale fase si ottiene inoltre la condensazione dei gas acidi (HCl, SO2).
La fase di quench viene attuata addizionando acqua fredda ai gas sotto controllo di temperatura. I gas, in uscita dal ciclone 26 lungo la linea 27, vengono fatti passare attraverso una unità di raffreddamento rapido 28 munita preferibilmente di un condotto a sezione ristretta, dove, per effetto Venturi, l’acqua viene iniettata in forma finemente dispersa nel gas.
Il gas così raffreddato viene inviato ad un’unità di lavaggio 29. Tale unità di lavaggio consiste preferibilmente in una torre di lavaggio (scrubber) che comprende un serbatoio verticale riempito con materiale inerte (spiralette). In tale serbatoio vengono alimentate, in controcorrente rispetto al flusso di gas, delle acque di lavaggio basiche, per la neutralizzazione delle sostanze acide presenti nel gas pirolitico. Tali acque basiche potranno vantaggiosamente essere costituite da acqua miscelata a latte di calce.
Le acque di lavaggio, aventi una temperatura di circa 40-60°C, vengono inviate ad una vasca di decantazione 30 per la separazione delle acque chiarificate dai fanghi. I fanghi, tramite la linea 32a, vengono inviati in testa all’impianto nella tramoggia 3.
Le acque chiarificate vengono riavviate lungo la linea 32 all’unità di lavaggio 29 ed all’unità di raffreddamento rapido 28.
Il gas pirolitico, uscente dall’unità di lavaggio 29 lungo la linea 33, viene fatto passare in un’unità di condensazione 31, dove le particelle liquide residue condensano e vengono quindi eliminate, ottenendo un gas pirolitico di elevata purezza che permette elevate rese di trasformazione energetica.
In una forma di realizzazione, l’unità di condensazione 31 à ̈ costituita da uno scambiatore di calore a recupero gas-gas a serpentina associato ad un gruppo frigo 31a, in cui il fluido refrigerante à ̈ ad esempio costituito da una soluzione di glicole etilenico.
In uscita dall’unità di condensazione 31 lungo la linea 34, il gas pirolitico purificato viene convogliato, per mezzo di opportuni mezzi di pompaggio 35 (ad esempio, aspiratori ad aspi rotanti), ad un polmone di accumulo 36 (accumulatore pressostatico a doppia membrana o gasometro).
Come detto in precedenza, il gas pirolitico può in parte essere inviato, lungo la linea 24, ai bruciatori 14, mentre la linea 37 lo conduce al gruppo di cogenerazione 38, tipicamente costituito da un motore a combustione interna e da un alternatore calettato all’albero principale del motore.
In forme di realizzazione, il gas pirolitico purificato può essere inviato, lungo la linea 39, ad una torcia di emergenza 40, in cui il gas viene bruciato prima dell’immissione in atmosfera. Questo accorgimento à ̈ utile sia quando la produzione eccede la capacità del polmone di accumulo 36 (il gas à ̈ inviato lungo la linea 41 invece che verso il polmone di accumulo 36), sia quando fosse necessario procedere ad uno svuotamento forzato del polmone di accumulo (linea 42).
Con il termine “linea†nella presente descrizione si intende una tubazione in cui il gas circola in modo naturale o forzato tramite opportuni mezzi di pompaggio o aspirazione.
In una forma di realizzazione, l’impianto à ̈ dotato di una linea 43, 44 per il ricircolo di un gas inerte attraverso il reattore ed il ciclone 26. Questa linea viene attivata nella fase di avvio e di fermata dell’impianto. Il gas inerte, tipicamente azoto, viene riscaldato all’interno del reattore 5, quindi viene fatto ricircolare lungo la linea 25, il ciclone 26 e le linee 43, 44 in modo da riscaldare le tubazioni lungo il percorso dei gas pirolitici in uscita dal reattore.
Questo evita la condensazione di idrocarburi liquidi che potrebbero riformarsi a basse temperature in tali tubazioni, depositandosi sulle pareti sia delle linee che del ciclone. Una volta che il reattore à ̈ avviato, la stessa temperatura dei gas pirolitici mantiene la tubazione ad una temperatura sufficientemente alta da evitare la formazione di idrocarburi liquidi.
L’impianto di pirolisi secondo la presente invenzione può vantaggiosamente essere integrato con un’unità di comando e controllo operante per mezzo di un algoritmo che, utilizzando come input la portata e la caratterizzazione del materiale a matrice organica alimentato al reattore e le caratteristiche di tutti i flussi entranti ed uscenti dal sistema, sia in termini globali che per singolo componente, consente di effettuare i bilanci di materia e di energia.
L’impianto à ̈ dotato di opportuni rilevatori e/o sensori di temperatura, pressione e composizione per indagini chimico-analitiche sia sul gas pirolitico che sui fumi prodotti, che creano un set di valori di parametri che viene utilizzato come input per l’unità di comando e controllo durante tutte le fasi di processo.
L’algoritmo matematico, in particolare, fornisce i seguenti output:
• La portata, la composizione media e le caratteristiche chimico-fisiche rilevanti del gas pirolitico prodotto, quali temperatura, viscosità, densità, potere calorifico;
• la portata del polverino di carbone prodotto ed il suo potere calorifico;
• la portata e la composizione dei fumi di combustione.
• la quantità di inerti da smaltire;
• le condense prodotte;
• la portata di gas pirolitico necessaria a mantenere nel reattore una temperatura di circa 450°C, necessaria all’instaurarsi delle reazioni di pirolisi;
• l’eccesso d’aria necessario alla combustione del gas pirolitico e dei combustibili ausiliari nel bruciatore del reattore.
Il processo di pirolisi secondo la presente invenzione comprende quindi in generale le seguenti fasi operative:
a) mettere a disposizione un impianto come sopra definito;
b) addizione di un catalizzatore di reazioni di cracking, preferibilmente scelto tra catalizzatori a base di nichel, ferro o cromo, a materiale a matrice organica;
c) preriscaldamento di detto materiale a matrice organica e regolazione del contenuto di acqua a circa il 30% in peso;
d) pirolisi lenta di detto materiale a matrice organica e raccolta di gas pirolitici comprendenti idrogeno e monossido di carbonio; e) fase di raffreddamento rapido di detti gas pirolitici;
f) fase di lavaggio di detti gas pirolitici raffreddati.
La fase c) di preriscaldamento e regolazione del contenuto d’acqua prevede normalmente l’evaporazione dell’acqua in eccesso fino al raggiungimento della quantità voluta, in quanto il materiale organico tipicamente ha un contenuto d’acqua superiore al 30%.
Tuttavia, nel caso di un materiale organico con contenuto d’acqua inferiore, la fase di regolazione può prevedere l’aggiunta di un quantitativo d’acqua in modo da ottenere un contenuto complessivo pari al valore desiderato.
In una forma di realizzazione, il procedimento dell’invenzione comprende una fase di avvio o di fermata dell’impianto in cui viene fatto ricircolare nel reattore 5, lungo la linea 25 a valle del reattore 5 e nel ciclone 26 un gas inerte di preriscaldamento.
Il processo dell’invenzione ha numerosi vantaggi che in parte sono già stati evidenziati.
Il processo può essere applicato sia a biomasse agricole o forestali che ai rifiuti di qualunque natura, purchà ̈ contenenti una matrice organica, quali plastiche, carta, tessuti, organico putrescibile, ecc..
Il processo permette inoltre di massimizzare la produzione di gas pirolitico, utile fonte di energia. Si ottiene nel contempo una minima produzione di carbone ed una totale assenza di combustibili liquidi.
Il fabbisogno energetico dell’impianto à ̈ inoltre assicurato dal gas pirolitico prodotto.
L’aletta elicoidale 9 permette di prolungare il contatto dei fumi di combustione con la parete della porzione di preriscaldamento 7 della camera di reazione 5a.
Il preriscladamento delle tubazioni e del ciclone con il gas inerte permette di evitare la condensa di idrocarburi liquidi.
La disposizione longitudinale dei bruciatori 14 aumenta l’efficienza di riscaldamento della porzione di pirolisi 8 della camera di reazione 5a.
La pirolisi lenta, umida e catalizzata secondo la presente invenzione può pertanto considerarsi una innovazione dei processi di pirolisi in quanto consente di ottenere la trasformazione del materiale a matrice organica in gas di sintesi con una resa nettamente superiore a quella dei processi pirolitici convenzionali. Date le sue caratteristiche, il gas ottenuto può essere convertito in energia elettrica con semplici motori a combustione interna, motori la cui tecnologia à ̈ ormai consolidata.
E’ evidente che à ̈ stata descritta solo una forma particolare di realizzazione della presente invenzione, cui l’esperto dell’arte sarà in grado di apportare tutte quelle modifiche necessarie per il suo adattamento a particolari applicazioni, senza peraltro discostarsi dall’ambito di protezione della presente invenzione.

Claims (1)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto per la pirolisi lenta di materiale a matrice organica, comprendente: - una camera di reazione (5a) suddivisa in una porzione di preriscaldamento (7) ed in una porzione di pirolisi (8) a valle di detta porzione di preriscaldamento (7); - una camera di combustione (6) coassiale ed esterna a detta camera di reazione (5a), detta camera di combustione (6) essendo suddivisa in una porzione di preriscaldameto (12), che contorna detta porzione di preriscaldamento (7) della camera di combustione (5a), ed in una porzione di riscaldamento (13) che contorna detta porzione di pirolisi (8) della camera di reazione (5a), detta porzione di riscaldamento (13) della camera di combustione (6) ospitando dei bruciatori (14), in cui: - detta camera di reazione (5a) à ̈ rotante lungo un asse orizzontale all’interno di detta camera di combustione (6), e - la superficie esterna della porzione di preriscaldamento (7) della camera di reazione (5a) comprende un’aletta elicoidale (9) che crea un percorso a spirale per i gas di combustione generati dai bruciatori 2. Impianto secondo la rivendicazione 1, in cui detti bruciatori (14) sono disposti longitudinalmente per tutta la lunghezza della porzione di riscaldamento (13) della camera di combustione (6). 3. Impianto secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente mezzi di scambio termico (21) per i fumi di combustione evacuati dalla camera di combustione (6), in cui in detti mezzi di scambio termico (21) passa una linea (23) che conduce aria comburente nei bruciatori (14). 4. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui, a valle del reattore (5), à ̈ disposto un ciclone (26) per l’eliminazione delle polveri dai gas di pirolisi. 5. Impianto secondo la rivendicazione 4, in cui, a valle del ciclone (26) à ̈ disposta una unità di raffreddamento rapido (28) per il raffreddamento dei gas di pirolisi ad una temperatura compresa tra 40°C e 60°C. 6. Impianto secondo la rivendicazione 5, in cui detta unità di raffreddamento rapido (28) comprende un condotto a sezione ristretta per l’iniezione di acqua finemente dispersa. 7. Impianto secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui, a valle di detta unità di raffreddamento rapido (28), à ̈ disposta un’unità di lavaggio (29). 8. Impianto secondo la rivendicazione 7, in cui detta unità di lavaggio (29) comprende un serbatoio verticale riempito con materiale inerte per il lavaggio del gas in controcorrente con una pioggia di acqua. 9. Impianto secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui, a valle di detta unità di lavaggio (29) à ̈ disposta un’unità di condensazione (31) per i liquidi residui nel gas di pirolisi. 10. Impianto secondo la rivendicazione 9, in cui detta unità di condensazione (31) à ̈ uno scambiatore di calore a recupero gas-gas a serpentina associato ad un gruppo frigo (31a), in cui il fluido refrigerante à ̈ preferibilmente costituito da una soluzione di glicole etilenico. 11. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10, comprendente una linea (43, 44) per il ricircolo di un gas inerte riscaldato attraverso il reattore (5) ed il ciclone (26) durante la fase di avvio e di fermata dell’impianto. 12. Processo di pirolisi lenta di materiale a matrice organica, comprendente le seguenti fasi: a) mettere a disposizione un impianto come definito in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti; b) addizionare un catalizzatore di reazioni di cracking, preferibilmente scelto tra catalizzatori a base di nichel, ferro o cromo, a detto materiale a matrice organica; c) preriscaldare detto materiale a matrice organica e regolare il contenuto di acqua a circa il 30% in peso; d) condurre una pirolisi lenta di detto materiale a matrice organica e raccogliere i gas pirolitici comprendenti idrogeno e monossido di carbonio; e) raffreddare rapidamente detti gas pirolitici; f) lavare detti gas pirolitici raffreddati. 13. Processo secondo la rivendicazione 12, in cui detta pirolisi lenta viene condotta per un tempo compreso tra 0,5 e 1,5 ore ad una temperatura compresa tra 400°C e 500°C, oppuire a circa 450°C. 14. Processo secondo la rivendicazione 12 o 13, in cui detto catalizzatore di reazioni di cracking viene addizionato in quantità di 100-300 mg per kg di materiale a matrice organica. 15. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 12 a 14, in cui detti gas pirolitici, prima di essere soggetti a detta fase e) di raffreddamento rapido, subiscono un trattamento di depolverizzazione. 16. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 12 a 15, in cui detta fase e) di raffreddamento rapido avviene mediante iniezione di acqua in detti gas pirolitici a temperatura controllata. 17. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 12 a 16, comprendente una fase di avvio e/o di fermata dell’impianto in cui viene fatto ricircolare nel reattore (5), lungo la linea (25) a valle del reattore (5) e nel ciclone (26) un gas inerte di preriscaldamento, in cui detto gas inerte à ̈ preferibilmente azoto. 18. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 12 a 17, in cui detti gas pirolitici sono utilizzati in un impianto di cogenerazione energia elettrica/calore.
IT001000A 2012-06-08 2012-06-08 Procedimento di pirolisi di materiale a matrice organica ITMI20121000A1 (it)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT001000A ITMI20121000A1 (it) 2012-06-08 2012-06-08 Procedimento di pirolisi di materiale a matrice organica
BRBR102013005295-7A BR102013005295A2 (pt) 2012-06-08 2013-03-05 Processo de pirólise de um material de matriz orgânica
PCT/IB2013/054618 WO2013183003A1 (en) 2012-06-08 2013-06-05 Plant and method of pyrolysis of organic material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT001000A ITMI20121000A1 (it) 2012-06-08 2012-06-08 Procedimento di pirolisi di materiale a matrice organica

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ITMI20121000A1 true ITMI20121000A1 (it) 2013-12-09

Family

ID=46832887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
IT001000A ITMI20121000A1 (it) 2012-06-08 2012-06-08 Procedimento di pirolisi di materiale a matrice organica

Country Status (3)

Country Link
BR (1) BR102013005295A2 (it)
IT (1) ITMI20121000A1 (it)
WO (1) WO2013183003A1 (it)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2527829A (en) 2014-07-03 2016-01-06 Dps Bristol Holdings Ltd A gasifier
GB201411920D0 (en) * 2014-07-03 2014-08-20 Dps Bristol Holdings Ltd Waste processing apparatus
DE102016008289B4 (de) 2016-06-30 2019-01-31 Fernando Rafael Reichert Vorrichtung und Verfahren zur allothermen Festbettvergasung von kohlenstoffhaltigem Material
CN106244186B (zh) * 2016-08-31 2018-08-07 广东新生环保科技股份有限公司 一种有机高分子废弃物料处理装置
RU2663312C1 (ru) * 2017-11-14 2018-08-03 Общество с ограниченной ответственностью "Управляющая компания "Комплексное ЭнергоРазвитие - Холдинг" Устройство для термической утилизации углеводородсодержащих отходов, оснащенное вихревой камерой сгорания с внутренним пиролизным реактором, и способ его работы
WO2020074943A1 (en) * 2018-10-11 2020-04-16 Business Growth S.A. Plant for treating multi-component waste materials
EP4043539A1 (de) * 2021-02-12 2022-08-17 Bernhard Grimm Vorrichtung und verfahren zur reinigung und/oder kondensation von pyrolysegas
CN112831331B (zh) * 2021-02-26 2025-03-07 广西贺州匠心科技有限责任公司 一种垃圾干馏处理方法及系统
CN115612530B (zh) * 2022-10-14 2025-09-02 山西潞安煤基清洁能源有限责任公司 一种粉煤气化炉合成气激冷装置及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2099014A (en) * 1981-05-18 1982-12-01 Allis Chalmers Bi-flow rotary kiln coal gasification process
EP1136542A1 (en) * 1998-11-05 2001-09-26 Ebara Corporation Power generation system based on gasification of combustible material
WO2004004051A1 (en) * 2002-06-27 2004-01-08 Intellergy Corporation Process and system for converting carbonaceous feedstocks into energy without greenhouse gas emissions

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2099014A (en) * 1981-05-18 1982-12-01 Allis Chalmers Bi-flow rotary kiln coal gasification process
EP1136542A1 (en) * 1998-11-05 2001-09-26 Ebara Corporation Power generation system based on gasification of combustible material
WO2004004051A1 (en) * 2002-06-27 2004-01-08 Intellergy Corporation Process and system for converting carbonaceous feedstocks into energy without greenhouse gas emissions

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013183003A1 (en) 2013-12-12
BR102013005295A2 (pt) 2015-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ITMI20121000A1 (it) Procedimento di pirolisi di materiale a matrice organica
CN101466634B (zh) 固体碳质材料合成气生产方法及装置
US11248184B2 (en) Gasification system
JP5759901B2 (ja) 段階的なスラリー添加によるガス化系および方法
EP2633003B1 (en) Production of synthesis gas by heating oxidized biomass with a hot gas obtained from the oxidation of residual products
JP2009536258A (ja) プラズマトーチ熱を使用したガス改質システム
JP7148505B2 (ja) バイオマスをガス化するための方法および装置
US20180237699A1 (en) Duplex process for rapid thermochemical conversion of carbonaceous raw materials
RU2632293C1 (ru) Устройство для переработки резиновых отходов
EP2881451B1 (en) Reactor for obtaining gas from biomass or organic residues
JP5860469B2 (ja) 間接的加熱ガス化中にコークスを生産する方法および設備
CN103664016B (zh) 一种有源煤气化生产水泥的方法和回转窑装置
EP3029372A1 (en) Plant and process for recovering energy from organic matrix waste material
JP2012514078A (ja) タールを含まないガス化システムおよびその方法
CN214612323U (zh) 有机固废套筒式导气湿式排灰固定床气化炉
WO2008002186A1 (fr) Installation de retraitement de déchets combustibles solides
CN107883380A (zh) 气化熔融垃圾处理装置及其工艺方法
WO2012167185A2 (en) Pyrolysis-based apparatus and methods
CN113166661A (zh) 用于气化和/或熔化原料的反应器和工艺
CN112625754A (zh) 有机固废套筒式导气湿式排灰固定床气化炉及气化方法
ITMI20071215A1 (it) Procedimento di pirolisi di materiale a matrice organica
ITFE970004A1 (it) Processo di conversione termochimica di rifiuti urbani e speciali in p rodotti chimici di base e impianto per effettuare il processo.
GB2622377A (en) Gasification
BG66586B1 (bg) Методиинсталацияза преработка наотпаднивъглеводороднипродукти и оползотворяванена получените от преработката продукти
HK1131961B (en) Methods and apparatus for solid carbonaceous materials synthesis gas generation