ITNA20120012U1 - SYSTEM OF FELLING COMPOUND POLLUTANTS WITH PLASMA GAS TECHNOLOGY APPLIED TO A CONTINUOUS PROCESS PLANT FOR THE ECOLOGICAL DISPOSAL OF DURABLE AND MANUFACTURED GOODS WITH HIGH CONTENT OF TOXIC MATERIALS SUCH AS THE ASBESTOS AND SIMILARS (D - Google Patents
SYSTEM OF FELLING COMPOUND POLLUTANTS WITH PLASMA GAS TECHNOLOGY APPLIED TO A CONTINUOUS PROCESS PLANT FOR THE ECOLOGICAL DISPOSAL OF DURABLE AND MANUFACTURED GOODS WITH HIGH CONTENT OF TOXIC MATERIALS SUCH AS THE ASBESTOS AND SIMILARS (DInfo
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TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION
1. Stato dell’arte 1. State of the art
Le applicazioni esistenti per lo smaltimento di beni durevoli sono generalmente indirizzate verso vari tipi di smontaggio dell’ apparecchio da rottamare, con l’intento di: - recuperare parti di ricambio da immettere su un apposito mercato, Existing applications for the disposal of durable goods are generally directed towards various types of dismantling of the appliance to be scrapped, with the aim of: - recovering spare parts to be placed on a special market,
- ricavare rottami di vario tipo (anche mediante frantumazione), da utilizzare nelle industrie di trasformazione per ottenere materie prime seconde, - obtaining various types of scrap (including by crushing), to be used in processing industries to obtain secondary raw materials,
- garantire l’eliminazione di componenti pericolosi (ad es., il CFC, nel caso dei frigoriferi). - ensure the elimination of dangerous components (eg, CFC, in the case of refrigerators).
Tutti gli attuali processi, se eseguiti come prescritto, presentano anomalie di base, quali: • insufficiente osservanza e rispondenza alle norme di sicurezza vigenti, sia riguardo al personale sia riguardo all’ambiente All current processes, if performed as prescribed, have basic anomalies, such as: • insufficient compliance and compliance with safety standards in force, both with regard to personnel and the environment
• consumi di energia sensibilmente elevati, non in linea con le normative europee e le direttive di Kyoto • significantly high energy consumption, not in line with European regulations and Kyoto directives
• recupero di componentistica e/o pezzi di ricambio quasi sempre obsoleti, • recovery of almost always obsolete components and / or spare parts,
• costi insostenibili per i previsti controlli di qualità e di diagnosi per ciascuno dei componenti e/o dei pezzi di ricambio, risultanti da apposita certificazione. • unsustainable costs for the required quality and diagnostic checks for each of the components and / or spare parts, resulting from specific certification.
C’è inoltre da considerare che l’evoluzione tecnologica ha già permesso di ottenere impianti che risolvono una buona parte dei problemi sopra enunciati, come quello già oggetto di brevetto n. 0001323436. In tal caso sono stati infatti affrontati e trovate soluzioni per i seguenti problemi: It must also be considered that technological evolution has already made it possible to obtain systems that solve a good part of the problems set out above, such as the one already subject to patent no. 0001323436. In this case, in fact, solutions have been addressed and found for the following problems:
- la rispondenza alle normative nazionali e alle direttive comunitarie sulla sicurezza, un elevato livello di sicurezza per gli addetti ai lavori, dal momento che le fasi operative non necessitano di particolari precauzioni attive e/o passive, - compliance with national regulations and Community directives on safety, a high level of safety for workers, since the operational phases do not require particular active and / or passive precautions,
capacità di recupero delle principali materie prime che compongono i manufatti trattati, ability to recover the main raw materials that make up the treated products,
eliminazione totale e definitiva del manufatto trattato con garanzia che nessun prodotto o parte di esso possa rientrare sul mercato, total and definitive elimination of the treated product with the guarantee that no product or part of it can re-enter the market,
- rapidità di trattamento di gran lunga superiore a quella di qualsiasi tecnologia tradizionale di rottamazione e smaltimento. - treatment speed far superior to that of any traditional scrapping and disposal technology.
Con l’avanzare del tempo e le sempre più stringenti normative nel campo della gestione ambientale, è sempre più forte la necessità di controllare e limitare l’impatto ambientale degli inquinanti emessi dal processo di trattamento impiegato e, per tanto, non solo è necessario rientrare nei limiti di legge ma diventa essenziale trovarcisi molto al di sotto. Oggi tutto ciò avviene solo con l’impiego di molteplici e costosi sistemi di riduzione delle emissioni nocive in atmosfera. With the progress of time and the increasingly stringent regulations in the field of environmental management, the need to control and limit the environmental impact of the pollutants emitted by the treatment process used is increasingly strong and, therefore, it is not only necessary to re-enter within the limits of the law but it becomes essential to be far below it. Today all this happens only with the use of multiple and expensive systems to reduce harmful emissions into the atmosphere.
I sistemi di abbattimento degli inquinanti associati ad impianti del genere sono sia legati al trattamento di residui solidi che di fumi. The pollutant abatement systems associated with such plants are linked to both the treatment of solid residues and fumes.
Solitamente per quanto riguarda i residui solidi si effettua un conferimento in discariche speciali o nel migliore dei casi una separazione dei materiali riutilizzabili (es. acciai alluminio, rame, etc...) e successivo conferimento in discariche della frazione restante, Invece, per quanto riguarda il trattamento dei fumi, i sistemi di depurazione attuali sono generalmente costituiti da varie tecnologie e sono detti multistadio. Questi sistemi si suddividono in base al loro funzionamento in semisecco, secco, umido e misto. La caratteristica che li accomuna è quella di essere concepiti a più sezioni di abbattimento, ognuna in linea di massima specifica per determinati tipi di inquinanti. In base alla natura chimica della sostanza da "abbattere" vengono fatte avvenire delle reazioni chimiche con opportuni reagenti allo scopo di produrre nuovi composti non nocivi, relativamente inerti e facilmente separabili. A partire dagli anni ottanta si è affermata l'esigenza di rimuovere i macroinquinanti presenti nei fumi della combustione (ad esempio ossido di carbonio, anidride carbonica, ossidi di azoto e gas acidi come l'anidride solforosa) e di perseguire un più efficace abbattimento delle polveri in relazione alla loro granulometria (con sistemi quali cicloni o filtri a maniche). Accanto a ciò, sono state sviluppate misure di contenimento preventivo delle emissioni, ottimizzando le caratteristiche costruttive dei forni e migliorando l'efficienza del processo di combustione. Questo risultato si è ottenuto attraverso l'utilizzo di temperature più alte (con l'immissione di discrete quantità di metano), di maggiori tempi di permanenza dei rifiuti in regime di alte turbolenze e grazie all'immissione di aria secondaria per garantire l'ossidazione completa dei prodotti della combustione. Usually with regard to solid residues, a transfer to special landfills or, in the best case, a separation of reusable materials (e.g. steels, aluminum, copper, etc ...) is carried out and subsequent transfer to landfills of the remaining fraction. concerns the treatment of fumes, the current purification systems are generally made up of various technologies and are called multistage. These systems are divided according to their operation in semi-dry, dry, wet and mixed. The feature that unites them is that they are designed with several abatement sections, each in principle specific for certain types of pollutants. On the basis of the chemical nature of the substance to be "broken down", chemical reactions are carried out with suitable reagents in order to produce new compounds which are harmless, relatively inert and easily separable. Since the 1980s, the need has been established to remove the macro-pollutants present in the combustion fumes (for example carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen oxides and acid gases such as sulfur dioxide) and to pursue a more effective reduction of powders in relation to their particle size (with systems such as cyclones or bag filters). In addition to this, preventive containment measures have been developed for emissions, optimizing the construction characteristics of the furnaces and improving the efficiency of the combustion process. This result was obtained through the use of higher temperatures (with the introduction of discrete quantities of methane), longer residence times of the waste in a regime of high turbulence and thanks to the introduction of secondary air to guarantee oxidation. complete with combustion products.
Tuttavia l'aumento delle temperature, se da un lato riduce la produzione di certi inquinanti (per es. diossine), dall'altra aumenta la produzione di ossidi di azoto e soprattutto di particolato il quale quanto più è fine, tanto più difficile è da intercettare anche per i più moderni filtri, per cui si deve trovare un compromesso, considerato anche che il metano usato comunque ha un costo notevole. Per l'abbattimento degli ossidi di azoto sono utilizzate attrezzature specifiche e processi che possono prevedere o meno dei catalizzatori (si parla di riduzione selettiva catalitica e non catalitica). However, the increase in temperatures, if on the one hand it reduces the production of certain pollutants (e.g. dioxins), on the other hand it increases the production of nitrogen oxides and especially of particulate matter which, the finer it is, the more difficult it is to intercept even for the most modern filters, for which a compromise must be found, also considering that the methane used in any case has a considerable cost. For the abatement of nitrogen oxides, specific equipment and processes are used which may or may not include catalysts (we speak of selective catalytic and non-catalytic reduction).
Il sistema della Adiramef vuole essere innovativo nell’ introdurre nella catena di abbattimento degli inquinanti il processo di trattamento degli stessi con gas plasma, utilizzando la capacità che il gas ionizzato ha nel separare e distruggere le molecole tossiche, le polveri sottili e nano-polveri. Inoltre si è in grado di distruggere con il gas plasma anche composti con una carica di sostanza liquida fino al 30% in peso. The Adiramef system aims to be innovative in introducing the process of treating them with plasma gas into the pollutant abatement chain, using the ability that ionized gas has in separating and destroying toxic molecules, fine and nano-powders. Furthermore, it is also possible to destroy compounds with a charge of liquid substance up to 30% by weight with the plasma gas.
2. L’idea innovativa: i principi e la tecnologia sfruttata 2. The innovative idea: the principles and technology used
Il sistema pensato dalla Adiramef, consente di ridurre fortemente l’impatto ambientale di un qualsiasi impianto di smaltimento. L’applicazione descritta fa riferimento ad un impianto a processo continuo per lo smaltimento ecologico dei “beni durevoli” basato sull’impiego d’un forno fusorio appositamente realizzato, con caratteristiche innovative, per recuperarne i principali metalli componenti. The system designed by Adiramef allows you to greatly reduce the environmental impact of any disposal plant. The application described refers to a continuous process plant for the ecological disposal of "durable goods" based on the use of a specially designed melting furnace, with innovative features, to recover the main component metals.
L’utilizzo del plasma a valle dei “processi propri” dell’impianto consente di trattare i residui della combustione, sia sotto forma organica che di fumi. The use of plasma downstream of the plant's "own processes" allows to treat combustion residues, both in organic form and in fumes.
Infatti, il sistema al plasma, che sfrutta gas ionizzato ad altissima energia, riesce a decomporre del tutto le molecole organiche e vetrificare tutti i residui eliminando così le problematiche relative all' inquinamento, inoltre è in grado di trattare i fumi del processo impedendo la produzione di composti gassosi tossici o pericolosi come diossine, furani e polveri. Sinteticamente, il gas-plasma è composto da ioni e da elettroni liberi, oltre che da particelle non cariche elettricamente (molecole, atomi o radicali liberi), ma chimicamente instabili per la presenza di elettroni spaiati e quindi altamente reattive. I gas plasma sono prodotti sottoponendo uno o più gas ad un campo elettromagnetico, o a radio frequenza (RF) o a microonde. Il campo generato provoca l’accelerazione delle particelle cariche contenute nel gas (di solito gli elettroni, in quanto gli ioni sono più pesanti); le collisioni successive producono la formazione di particelle instabili (ioni, atomi, radicali liberi neutri, ecc.) altamente reattive nonché di radiazioni ultra violette (fotoni). Le particelle eccitate presenti nel plasma reagiscono alle biomolecole e le distruggono, neutralizzando le tossine, polveri sottili, nano-polveri ed altri inquinanti. Il processo di smaltimento del “beni durevoli” ha l’obiettivo di consentire la fusione integrale di manufatti di qualsiasi tipo e dimensione, trasformandoli in materie prime seconde. Prima della fusione, se possibile, gli apparecchi da smaltire vengono pressati per migliorare la produttività del forno, di cui l’architettura costruttiva (ad assetto variabile e polifunzionale) e il regime termico (ottenuto modulando l’apporto esterno d’energia e d’aria) variano con la tipologia e la quantità dei materiali trattati. I componenti non raccolti nella/e fase/i metallica/che e/o nella scoria si ritrovano nei fumi estratti dal forno, trattati in continuo per recuperarne il calore e per depurarli. Il processo si svolge sotto la supervisione d’un sistema di controllo idoneo a garantire, in tempo reale, che le emissioni in atmosfera restino nei limiti previsti dalle norme europee/italiane. In fact, the plasma system, which uses ionized gas at very high energy, is able to completely decompose the organic molecules and vitrify all the residues, thus eliminating the problems related to pollution, and is also able to treat the fumes of the process, preventing production. of toxic or dangerous gaseous compounds such as dioxins, furans and dust. Briefly, the gas-plasma is composed of ions and free electrons, as well as particles that are not electrically charged (molecules, atoms or free radicals), but chemically unstable due to the presence of unpaired and therefore highly reactive electrons. Plasma gases are produced by subjecting one or more gases to an electromagnetic field, or radio frequency (RF) or microwave. The generated field causes the acceleration of the charged particles contained in the gas (usually electrons, as the ions are heavier); subsequent collisions produce the formation of highly reactive unstable particles (ions, atoms, neutral free radicals, etc.) as well as ultra violet radiation (photons). The excited particles present in the plasma react to the biomolecules and destroy them, neutralizing toxins, fine dust, nano-dust and other pollutants. The process of disposing of "durable goods" aims to allow the integral fusion of artifacts of any type and size, transforming them into secondary raw materials. Before melting, if possible, the appliances to be disposed of are pressed to improve the productivity of the furnace, of which the construction architecture (with variable and multifunctional structure) and the thermal regime (obtained by modulating the external input of energy and air) vary with the type and quantity of materials treated. The components not collected in the metal phase (s) and / or in the slag are found in the fumes extracted from the furnace, continuously treated to recover the heat and purify them. The process takes place under the supervision of a control system suitable to ensure, in real time, that emissions into the atmosphere remain within the limits set by European / Italian standards.
Lo schema costruttivo è riportato in Tav. 1 (Fig.1), mentre il ciclo operativo in Tav. 1 (Fig.2). Tutto avviene nel totale rispetto dei vincoli che le Leggi e le Direttive vigenti impongono sotto il profilo degli impatti e dei rischi sanitari e ambientali. The construction scheme is shown in Table 1 (Fig.1), while the operating cycle in Table 1 (Fig.2). Everything takes place in full compliance with the constraints that the laws and directives in force impose in terms of health and environmental impacts and risks.
Inoltre si rende possibile il recupero delle principali materie prime che compongono i manufatti trattati; in tal modo si eliminano le problematiche legate allo smaltimento come RDF di alcuni materiali che le operazioni tradizionali di disassemblaggio rendono disponibili. Furthermore, it is possible to recover the main raw materials that make up the treated products; in this way the problems related to the disposal as RDF of some materials that the traditional disassembly operations make available are eliminated.
Il primo punto dove è necessario ridurre 1’emissione di inquinanti e, quindi, viene impiegato il sistema “sistema di trattamento al Plasma Caldo” della Adiramef, è a valle del forno fusorio. L'incenerimento dei beni nel forno fusorio produce scorie solide, formate dal rifiuto incombusto - acciaio, alluminio, vetro e altri materiali ferrosi, inerti o altro -, che vengono raccolte sotto le griglie di combustione e possono poi essere divise a seconda delle dimensioni e quindi riciclate se non troppo contaminate. In particolare, le scorie e le ceneri vengono separate dai materiali ferrosi (acciaio) ed amagnetici (alluminio) che vengono così recuperati; tutto il resto viene inviato nel “sistema di trattamento al Plasma Caldo” dove avviene la vetrificazione delle ceneri con l'uso della torcia al plasma. Il processo al plasma caldo fonde i materiali inorganici e li trasforma in una roccia vetrosa simile alla lava, totalmente inerte e non nociva, che può essere usata come materiale da costruzione. In questa "lava" sono totalmente conglobati e quindi resi inerti tutti i metalli pesanti, perciò non si hanno ceneri volanti che li contengano. Con questo sistema si rendono inerti le ceneri, risolvendo il problema dello smaltimento delle stesse come rifiuti speciali, inoltre è possibile un loro riutilizzo come materia prima per il compiuto ceramico e cementizio. Viste le sopra descritte capacità di distruzione del plasma caldo, sarà possibile trattare all’interno del forno fusorio anche manufatti con alto contenuto di materiali tossici quali l’amianto e similari. The first point where it is necessary to reduce the emission of pollutants and, therefore, the Adiramef "Hot Plasma Treatment System" system is used, is downstream of the melting furnace. The incineration of goods in the smelting furnace produces solid waste, formed by unburnt waste - steel, aluminum, glass and other ferrous, inert or other materials -, which is collected under the combustion grates and can then be divided according to the size and then recycle if not too contaminated. In particular, the slag and ash are separated from ferrous (steel) and non-magnetic (aluminum) materials which are thus recovered; all the rest is sent to the “Hot Plasma Treatment System” where the vitrification of the ashes takes place with the use of the plasma torch. The hot plasma process melts the inorganic materials and transforms them into a glassy lava-like rock, totally inert and harmless, which can be used as a building material. In this "lava" all the heavy metals are totally incorporated and therefore rendered inert, so there are no fly ashes that contain them. With this system the ashes are rendered inert, solving the problem of their disposal as special waste, furthermore it is possible to reuse them as raw material for the ceramic and cementitious finished product. Given the above-described capacity for destroying the hot plasma, it will be possible to treat within the melting furnace also artifacts with a high content of toxic materials such as asbestos and the like.
Un secondo punto dove è stato inserito il sistema di trattamento al plasma è nella fase di post combustione dei fumi. A second point where the plasma treatment system has been inserted is in the post combustion phase of the fumes.
I fumi prodotti dal processo di combustione sono essi stessi rifiuti tossici in quanto concentrano molti degli inquinanti più nocivi, che come tali sono soggetti alle apposite disposizioni di legge. Si parla in particolare dell'abbattimento delle diossine e dei furani che avviene attraverso più sistemi messi in serie. L’innovazione introdotta consiste nell’ utilizzare un sistema di trattamento fumi che sfrutta le potenzialità dei gas plasma. In dettaglio, i fumi ed i gas di combustione vengono inviati prima alla post-combustione necessaria per un primo abbattimento della concentrazione delle diossine e poi ad un trattamento con gas plasma. La post-combustione (elevazione della temperatura a oltre 850 °C) consiste nel bruciare il monossido di carbonio presente nei fumi della combustione primaria. La fiamma, con l'ausilio di immissione di aria ricca di ossigeno (aria secondaria) brucia il monossido di carbonio e demolisce la maggior parte delle molecole dei fumi e delle ceneri, ottenendo così una bassa emissione di materiale. Lo step successivo è il trattamento con gas plasma per una completa inertizzazione dei fumi. Il passaggio di corrente, internamente alla camera di trattamento fumi con gas plasma, genera un arco elettrico e la conseguente ionizzazione del gas ad alta temperatura. Gli ioni dell’aeriforme sono attratti verso l’elettrodo opposto a velocità elevata: a loro volta, questi ioni producono altri ioni urtando e spezzando le molecole del gas, con un effetto moltiplicatore “a valanga”. Questo consente la scissione ed il recupero, a valle del processo, degli elementi primari oltre alla distruzione delle polveri sottili (nocive e non) e nano-polveri che diversamente non risulterebbero eliminabili. Infine, il terzo punto di trattamento al gas plasma è a valle dell’eliminazione degli elementi azotati, utilizzato per il trattamento degli stessi. The fumes produced by the combustion process are themselves toxic waste as they concentrate many of the most harmful pollutants, which as such are subject to the appropriate provisions of the law. We speak in particular of the abatement of dioxins and furans which occurs through multiple systems put in series. The innovation introduced consists in using a fume treatment system that exploits the potential of plasma gases. In detail, the fumes and combustion gases are sent first to the post-combustion necessary for a first reduction of the dioxin concentration and then to a treatment with gas plasma. Post-combustion (raising the temperature to over 850 ° C) consists in burning the carbon monoxide present in the fumes of primary combustion. The flame, with the help of the introduction of oxygen-rich air (secondary air), burns the carbon monoxide and demolishes most of the smoke and ash molecules, thus obtaining a low emission of material. The next step is the treatment with plasma gas for a complete inertization of the fumes. The passage of current, inside the flue gas treatment chamber with plasma gas, generates an electric arc and the consequent ionization of the gas at high temperature. The ions of the aeriform are attracted to the opposite electrode at high speed: in turn, these ions produce other ions by hitting and breaking the gas molecules, with an "avalanche" multiplier effect. This allows the separation and recovery, downstream of the process, of the primary elements as well as the destruction of fine powders (harmful and not) and nano-powders that otherwise would not be eliminable. Finally, the third gas plasma treatment point is downstream of the elimination of nitrogenous elements, used for their treatment.
Dopo una serie di passaggi in specifici sistemi di filtrazione e di depurazione dei fumi in grado di captare, con efficaci e collaudate tecniche chimiche, i principali elementi residui e potenzialmente inquinanti del processo, si raggiunge uno stato in cui vanno eliminati i residui dei componenti azotati. Infatti, all’alimentare della temperatura aumenta la produzione di ossidi di azoto e soprattutto di particolato il quale quanto più è fine, tanto è più difficile da intercettare anche per i più moderni filtri. Per risolvere questo problema viene effettuato un trattamento dei fumi nel sistema a gas plasma. Questo passaggio al “plasma caldo” consente l’eliminazione definitiva anche degli ossidi di azoto e l’emissione in atmosfera dei fumi depurati da agenti tossici e pericolosi. A seguire i fumi subiscono un ulteriore filtro in vasca con fluido liquido (acqua con aggiunta di catalizzatori e raccoglitori di particelle solide, eventualmente sfuggite ai precedenti filtraggi, e gassose). Con questo tipo di soluzione si evitano eventuali sostanze sospese che, per una qualunque ragione, possono essere immesse in aria libera. Inoltre il sistema di filtraggio del gas di sintesi generato a valle del trattamento al plasma consente anche il recupero totale o parziale di CO2, in tal modo viene immessa nell’atmosfera solo vapore acqueo. La CO2 recuperata potrà essere immagazzinata in bombole poi vendute oppure utilizzata per alimentare un sistema di coltivazione alghe per produzione di oli vegetali per combustione. After a series of steps in specific filtration and purification systems of fumes capable of capturing, with effective and tested chemical techniques, the main residual and potentially polluting elements of the process, a state is reached in which the residues of the nitrogenous components are eliminated. . In fact, when the temperature is fed, the production of nitrogen oxides and especially of particulate matter increases, which the finer it is, the more difficult it is to intercept even for the most modern filters. To solve this problem, a flue gas treatment is carried out in the gas plasma system. This transition to "hot plasma" also allows the final elimination of nitrogen oxides and the emission into the atmosphere of fumes purified from toxic and dangerous agents. Following this, the fumes undergo a further filter in the tank with liquid fluid (water with the addition of catalysts and collectors of solid particles, possibly escaped from the previous filtrations, and gaseous). With this type of solution, any suspended substances that, for whatever reason, can be released into free air are avoided. In addition, the filtering system of the synthesis gas generated downstream of the plasma treatment also allows the total or partial recovery of CO2, thus only water vapor is released into the atmosphere. The recovered CO2 can be stored in cylinders which are then sold or used to feed an algae cultivation system for the production of vegetable oils by combustion.
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