ITPD20070288A1 - Impianto per lo smaltimento di rifiuti e relativo processo - Google Patents

Description

IMPIANTO PER LO SMALTIMENTO DI RIFIUTI E RELATIVO PROCESSO

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione concerne un impianto per lo smaltimento di rifiuti ed il relativo processo di smaltimento.

L’impianto ed il processo di cui trattasi sono destinati ad essere vantaggiosamente impiegati ove si abbia necessità di smaltire rifiuti di differenti tipologie, ad esempio rifiuti urbani, tuttavia possono essere facilmente adattati per lo smaltimento di rifiuti di tipo industriale.

L’impianto può essere installato in prossimità di zone residenziali, ove sia necessario garantire livelli di inquinamento poco elevati.

Tale impianto e tale processo si collocano pertanto nell’ambito dei sistemi per lo smaltimento di rifiuti a basse emissioni inquinanti.

Stato della ricerca

L’aumento dell’inquinamento ambientale ed il problema del sempre più ingente aumento della quantità di rifiuti da smaltire hanno indirizzato la ricerca verso lo sviluppo di nuove soluzioni al problema dello smaltimento e del recupero dei rifiuti.

La produzione di rifiuti nelle aree urbane raggiunge annualmente le migliaia di tonnellate e la composizione dei rifiuti di questa tipologia è molto variabile in funzione della posizione all' interno della città, della locazione geografica e della stagione.

Oltre alla produzione di rifiuti nelle aree urbane, è particolarmente sentita l’esigenza di eliminare rifiuti speciali e scorie nocive derivanti ad esempio dagli ospedali, dai rottami delle auto e dagli scarti industriali.

Ad esempio in accordo con la tesi di dottorato “Hydrogen frani waste and C02 sequestrati on” di Marco Tellini la composizione dei rifiuti nelle aree urbane è esplicitata dalla seguente tabella, la quale indica la percentuale inpeso minima, massima e media di sostanze differenti componenti i rifiuti urbani, secondo la ricerca effettuata:

La variabilità nella composizione dei rifiuti è funzione della collocazione geografica, come mostrato nella tabella seguente, nella quale, per ciascuna area geografica nel territorio italiano, vengono indicati dati relativi alla produzione ed alla composizione di rifiuti.

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(*) thè plastics introduced with packaging are about 750000 t/year

Nella tabella seguente in particolare, per ciascuna di 6 città campione è indicato il contenuto energetico e la composizione dei rifiuti nelle aree urbane:

Attualmente sono note diverse apparecchiature per lo smaltimento di rifiuti le quali impiegano tecnologie differenti, ad esempio operano mediante distruzione termica, o mediante incapsulazione e sepoltura.

Tutti i metodi di smaltimento di rifiuti finora conosciuti tuttavia presentano numerosi inconvenienti tra cui il necessario impiego di flussi di rifiuti in ingresso di uno stesso tipo, ossia con una composizione prestabilita e con un basso quantitativo di residui nocivi. Inoltre la maggior parte dei suddetti metodi di smaltimento comporta la dispersione nellaria di ceneri nocive e la formazione di materiale di scarto non facilmente smaltibile.

L’impiego dello smaltimento dei rifiuti mediante azione termica, in particolare mediante torcia al plasma è già noto nello stato dell’ arte.

Il brevetto US 4644877 concerne un impianto ed un metodo per distruzione per pirolisi di rifiuti tossici e materiali pericolosi mediante un bruciatore ad arco al plasma. I rifiuti sono introdotti direttamente nel bruciatore e sono atomizzati e ionizzati ad una temperatura superiore ai 5000°. Successivamente, sono introdotti in una camera di reazione nella quale si ricombinano originando prodotti allo stato gassoso e allo stato solido in forma di particolato. I prodotti originati dalla ricombinazione sono raffreddati mediante l’impiego di un anello spruzzatore collocato in prossimità della camera di reazione. Più in dettaglio, tale anello spruzza uno spray alcalino che neutralizza i prodotti ed inumidisce il particolato. Il gas è estratto dalla camera di reazione o impiegato come combustibile. Dispositivi di monitoraggio sono utilizzati per controllare i prodotti ricombinati e per spegnere l’impianto in caso sia riscontrata la presenza di materiale pericoloso.

Il metodo di smaltimento descritto nel suddetto brevetto prevede l’introduzione diretta dei rifiuti in ingresso al bruciatore comportando delle difficoltà nella ionizzazione nella atomizzazione degli stessi nel caso in cui la composizione dei rifiuti differisca dallo standard preimpostato. La presenza di materiali pericolosi costringe inoltre l’impianto al blocco.

Il brevetto EP 1607466 concerne un processo per lo smaltimento continuo di rifiuti con una composizione predeterminata, il quale comprende le fasi di generare un arco al plasma in una prima camera mediante torce al plasma e introdurre all’interno di una seconda camera adiacente alla prima i rifiuti da smaltire. Tale seconda camera è separata dalla prima camera da un elemento divisorio ad alta conduttività termica. L’impianto consente quindi la combustione dei rifiuti senza esporre direttamente le torce all’aggressione chimica dei gas che si formano durante la combustione.

Il processo di smaltimento descritto in questo brevetto non consente tuttavia la combustione di rifiuti di qualsiasi tipologia, ma necessita di rifiuti con composizione predeterminata.

Il brevetto US 5280757 concerne un impianto per lo smaltimento di rifiuti il quale comprende una torcia elettrica al plasma come fonte di calore per la combustione di rifiuti urbani. I rifiuti sono collocati all’interno di un reattore nel quale avviene la combustione dei rifiuti con la produzione di gas e scorie con un minore contenuto di elementi tossici rispetto ai rifiuti introdotti.

Anche in questo brevetto è previsto che i rifiuti abbiano una composizione specifica, quindi una variazione nella loro composizione risulta critica per il corretto funzionamento dell’impianto. Inoltre la torcia è esposta in modo diretto all’aggressione chimica dei gas che si formano all’interno del reattore.

Presentazione dell’invenzione

In questa situazione, scopo essenziale del presente trovato è pertanto quello di ovviare agli inconvenienti manifestati dagli impianti di smaltimento di tipo noto, mettendo a disposizione un impianto nonché un processo di smaltimento dei rifiuti che consentano di migliorare l’efficienza nello smaltimento.

Un altro scopo del presente trovato è quello di mettere a disposizione un impianto nonché un processo di smaltimento dei rifiuti in grado di abbattere la produzione di inquinanti ed in grado di adattarsi al variare della tipologia di rifiuti da smaltire per mantenere un funzionamento efficiente e con redditività elevata.

Un altro scopo del presente trovato è quello di mettere a disposizione un impianto nonché un procedimento di smaltimento dei rifiuti operativamente del tutto sicuri.

Ulteriore scopo del presente trovato è quello di mettere a disposizione un impianto ed un processo di smaltimento di rifiuti di semplice installazione e del tutto affidabile.

Ulteriore scopo del presente trovato è quello di mettere a disposizione un impianto ad ingombro particolarmente limitato, specificamente atto ad essere installato in aree urbane.

Breve descrizione dei disegni

Le caratteristiche tecniche del trovato, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sottoriportate ed i vantaggi dello stesso risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa, in cui la figura 1 mostra una vista schematica d’insieme dell’impianto per lo smaltimento di rifiuti secondo la presente invenzione.

Descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione preferita Conformemente alle figure dei disegni allegati, è stato indicato nel suo complesso con 1 l’impianto per lo smaltimento di rifiuti oggetto della presente invenzione. L’impianto secondo la presente invenzione è in grado di smaltire rifiuti di tutte le tipologie in particolare rifiuti urbani, i quali notoriamente possono contenere prodotti secchi (plastica, carta, tessuti, fibre ecc ) prodotti umidi (rifiuti organici vegetali o animali) materiali inerti (vetro, materiali metallici) e sostanze reagenti (oli usati di tipo vegetale o animale impiegati per uso alimentare, oli di motori, gasolio ecc.).

Per ottimizzare il processo di smaltimento ad opera dell’impianto 1 con torcia al plasma oggetto della presente invenzione, i rifiuti sopra indicati vengono inizialmente immagazzinati in separate vasche di contenimento.

L’impianto 1 sarà vantaggiosamente ottenuto con un’unica struttura portante 2 in acciaio interrata al di sotto del livello stradale per consentirne un agevole impiego anche in città senza necessitare di aree dedicate e quindi senza comportare particolari problemi di ingombro.

Infatti, come verrà specificato in dettaglio nel seguito l’ingombro dell’impianto 1 secondo l’invenzione si limita ad alcune condotte per immettere i rifiuti in modo differenziato e ad un camino di evacuazione dei fumi.

Più in dettaglio, è prevista una prima vasca 3 supportata dalla struttura portante 2, nella quale verranno convogliate attraverso una prima condotta 4 sostanze reagenti 5 ad alto contenuto di carbonio o idrogeno e pertanto in grado di sostenere efficacemente la reazione di combustione che verrà descritta nel seguito. Le sostanze reagenti 5 comprendono oli usati di tipo vegetale o animale, oli di motori, gasolio o altri combustibili. Le sostanze reagenti 5 saranno introdotte sia dagli utenti, in particolare dai cittadini dei comuni ove è in vigore la raccolta differenziata, sia da operai addetti alla gestione e manutenzione dell’impianto 1 i quali dovranno mantenere controllato il livello di carico della prima vasca 3. Allo scopo, la suddetta prima vasca sarà opportunamente dotata di un sensore di livello 6 (ad esempio ad ultrasuoni) e/o di una cella di carico 7 per consentire di monitorare la quantità di reagenti 5 presenti al suo interno.

I dati rilevati dai sensori sono inviati ad una unità i controllo logico per la gestione dell’impianto 1 che, come verrà meglio specificato nel seguito, ha lo scopo di comandare il funzionamento dell’impianto 1 medesimo in modo automatico ovvero con l’ausilio di un operatore.

Vantaggiosamente, la prima condotta 4 è intercettata da primi mezzi di filtraggio 8 volti ad impedire che vengano immesse nella prima vasca 3 sostanze indesiderate quali sostanze solide ovvero sostanze in grado di danneggiare l’impianto quali acidi, sostanze esplosive o altro.

Ulteriormente sono previste una seconda vasca 9 per immagazzinare attraverso una seconda condotta 10 i prodotti secchi 11 quali plastica, carta, tessuti, fibre ecc, ed una terza vasca 12 per immagazzinare attraverso una terza condotta 13 prodotti umidi 14 quali rifiuti organici vegetali o animali.

La suddetta suddivisone non comporta particolari difficoltà ai cittadini che devono preventivamente effettuare una raccolta differenziata dei rifiuti all’interno delle loro case. Infatti la suddetta raccolta differenziata è già in atto da molti anni in molte città e regioni ed è pertanto già una abitudine acquisita. Entrambe le vasche 9, 12 sono supportate dalla struttura portante 2 e sono provviste di celle di carico 7 per valutare la quantità di massa in esse contenuta. La capacità delle vasche 9, 12 tiene conto dello specifico impiego a cui è destinato l’impianto 1. Pertanto, ad esempio in una zona industriale la vasca 12 dell’umido potrà avere dimensioni molto ridotte o essere addirittura del tutto assente.

E inoltre preferibilmente prevista anche una quarta vasca 15, anch’essa dotata di una propria cella di carico 7, la quale è destinata a contenere i materiali inerti 17 quali vetro e materiali metallici. Questi ultimi vengono immessi attraverso una quarta condotta 16 e preferibilmente non parteciperanno alla reazione di combustione e pertanto potranno essere inviati direttamente nella vasca degli scarti 98, che verrà descritta nel seguito.

Ciascuna cella di carco 7 potrà essere predisposta sia sulla base della vasca sia potrà essere a sospensione dall’alto.

I prodotti secchi 11, i prodotti umidi 14 ed i prodotti inerti 17 prima di entrare nelle rispettive vasche 9, 12 e 15 vengono dapprima compattati mediante apposito compattatore 18 e quindi vengono triturati finemente da appositi trituratori 19.

Il compattatore 18 potrà essere vantaggiosamente costituito da una pressa idraulica del tipo già impiegata nel settore di riferimento ad esempio dai camion della nettezza urbana per ridurre di volume i rifiuti.

Il trituratore 19 potrà essere ottenuto con lame rotanti (soluzione particolarmente adatta per i prodotti secchi 11 e per i prodotti umidi 14) oppure con rulli affiancati e controrotanti definenti una fenditura nella quale vengono trascinati a passare i rifiuti (in particolare i vetri) oppure potrà essere ottenuto con un sistema ad ugelli atti ad emettere getti d’acqua ad alta pressione

All’interno degli inerti 17 il vetro è più agevolmente triturabile dei materiali metallici ed inoltre diversamente dai materiali metallici, esso può partecipare alla reazione di combustione come moderatore per diminuire la reattività di rifiuti particolarmente ricchi di carbonio.

Pertanto, potrà essere previsto un ulteriore stoccaggio differenziato per vetro e per metalli indicati rispettivamente con 17’ e 17”prevedendo una ulteriore vasca 15” per i metalli inseriti attraverso la condotta 16”.

Il vetro 17’ potrà essere sottoposto a semplice frantumazione con trituratore 19 a rulli contrapposti mentre i materiali metallici 17” potranno semplicemente essere compattati con una pressa 18.

I prodotti secchi 11 ed umidi 14 potranno essere triturati senza preventivamente essere sottoposti a compattazione.

I compattatori 18 ed i trituratoli 19 non vengono descritti nel dettaglio poiché non formano oggetto di specifica rivendicazione e potranno essere di tipo già impiegato sul mercato e ben noto al tecnico del settore.

Diversamente, in accordo con una forma realizzativa non illustrata della presente invenzione ma compresa nelle varianti alla portata del tecnico del settore potrà essere previsto un unico sistema di compattazione e di triturazione che agisca selettivamente sul prodotto immesso destinandolo alla vasca ad esso destinata.

Ulteriormente, è prevista una condotta idrica 20 atta ad alimentare con acqua 21 l’impianto 1 in maniera regolata, la quale è intercettata da un flussostato 22 e da una valvola 23 (ad esempio a farfalla) collegati all’unità di controllo logico citata in precedenza per regolare la portata d’acqua che transita.

In accordo con l’idea alla base della presente invenzione, rimpianto 1 comprende un reattore 24 con torcia al plasma 25 ed una pluralità di coclee e condotte per fare arrivare nel reattore 24 in prossimità della torcia 25 le diverse sostanze considerate in precedenza ovvero: prodotti secchi 11, prodotti umidi 14, prodotti reagenti 5, acqua 21 ed eventualmente vetro 17’.

Più in dettaglio, è prevista una condotta 26 per portare i reagenti 5 dalla prima vasca 3 al reattore 24, intercettata da una valvola 27, e coclee 28, 29 e 30 con motorizzazione indipendente, rispettivamente per portare prodotti secchi 11, prodotti umidi 14 e vetro 17’ al rettore 24. Le coclee 28, 29 e 30 potranno essere sostituite da primi, secondi e terzi mezzi di trasporto quali ad esempio nastri trasportatori.

Le valvole e le motorizzazioni delle coclee sono controllate dall’unità di controllo per definire il funzionamento desiderato come di seguito specificato.

La torcia al plasma 25 è formata da una coppia di elettrodi materiale ferromagnetico ricoperti di ceramica o carbonio, tra i quali viene applicata una differenza di potenziale che innesca un arco. Quest’ultimo aumenta la temperatura all’interno del reattore 24 fino a determinare la pirolisi di tutte le sostanze immesse nello stesso reattore. Nel reattore non è sostanzialmente presente ossigeno e quindi non si innesca la reazione di combustione dei rifiuti.

La pirolisi indotta dalla torcia 25 decompone i prodotti ad altissima temperatura (tipicamente tra i 3000 ed i 10.000 °C) generando un prodotto intermedio ovvero un gas di sintesi notoriamente denominato nel gergo tecnico del settore con il termine “syngas” 31 e lasciando precipitare le particelle vetrose e metalliche 32 in un apposita vasca degli scarti, già indicata in precedenza con il riferimento 98.

La massa vetrosa 32 prodotta dalle particelle pesanti separatesi nel processo di pirolisi si compatterà sul fondo della vasca 98 sopra un apposito setto separatore 99, suscettibile di delimitare il volume in celle per la formazione di mattoni inerti che possono successivamente essere riciclati.

Il syngas 31 è convogliato verso una camera di combustione 33 favorito da una strozzatura 77 prevista nel reattore 24 al di sotto della torcia 25. Per arrivare alla camera di combustone 33 il syngas supera vantaggiosamente un tratto a gomito realizzato nel condotto di convogliamento 88 volto ad evitare la formazione di vorticosità all’interno del flusso dello stesso syngas ed a creare una aspirazione verso la combustione. Nella camera di combustione 33 viene immessa una dose misurata di miscela comburente che unitamente alla elevata temperatura determina l’incendio spontaneo del syngas. Il comburente potrebbe essere costituito da aria ma preferibilmente sarà costituito sostanzialmente da solo ossigeno per evitare di immettere una componente ulteriore di azoto che si sommerebbe a quella già immessa con i rifiuti e che porterebbe alla formazione di derivati nocivi quali gli NOxe anidride solforosa, che si devono ovviamente evitare di produrre.

L’immissione di ossigeno è realizzata mediante una condotta 34 che è alimentata da mezzi di generazione di ossigeno 35 i quali potranno essere rappresentati da una bombola o da un arrichittore di ossigeno in grado di sottrarre ossigeno dall’aria, vantaggiosamente mediante alimentazione elettrica prodotta dallo stesso impianto 1.

L’impianto 1 ha come scopo primario quello di trattare i rifiuti e quindi deve auto-tararsi nel corso del funzionamento per fare affluire attraverso le suddette coclee i rifiuti nel reattore 24 in una misura atta a consentire di mantenere la combustione nella camera 31.

Più in dettaglio, è prevista una fase iniziale di accensione del reattore 24 in cui la torcia 25 viene alimentata solamente con reagente 5 attraverso la condotta 26 ed eventualmente anche con acqua 21 attraverso la condotta 20.

In questa fase l’unità di controllo attraverso mezzi diagnostici che verranno specificati nel seguito è in grado di verificare le caratteristiche termiche e chimiche del gas di sintesi per poter impostare l’alimentazione dei singoli componenti al reattore.

In particolare, i valori misurati ed i parametri da essi calcolati vengono confrontati con i dati di riferimento impostati nell’unità di controllo logico durante il collaudo in presenza di condizioni ben definite di quantità e qualità di reagente 5 (gasolio) e di acqua.

Lo scostamento dei valori misurati rispetto a quelli di riferimento fornisce un coefficiente di correzione (o di merito) del reagente 5.

L’operazione di settaggio e calibrazione del funzionamento del reattore potrà altresì prevedere, successivamente alla fase di immissione di reagente 5 (combustibile) e acqua anche l’immissione di quantità calibrate di prodotti secchi 11, ovvero di prodotti umidi 14 ovvero di vetro 17’ per calcolare la risposta della reazione nella torcia 25 e quindi nelle caratteristiche del syngas e quindi poter impostare il miglior funzionamento a regime in funzione delle priorità impostate nell’unità di controllo logico programmabile.

L’aggiunta di un componente per volta (11, 14 o 17’) permette di ricavare per ogni componente una serie di valori (relativi a temperature, percentuali di acqua e di composti carboniosi come specificato nel seguito) misurati dai sensori in funzione della quantità in peso del componente introdotto. I dati acquisiti per ciascun componente sono organizzati vantaggiosamente in matrici che in funzione delle percentuali in peso dei componenti forniscono le variabili di funzionamento desiderate per le caratteristiche del syngas ovvero per gli scopi dell’impianto 1.

I dati acquisiti vengono elaborati secondo una procedura memorizzata nell’unità di controllo e confrontati con dati scelti come ottimali per il comportamento dell’impianto 1 secondo una funzionalità preferenziale.

Al termine di questa fase di auto-setting dell’impianto 1 l’unità di controllo è pertanto in grado di decidere quali rifiuti e in quale quantità essi debbano affluire al reattore 24. La regolazione potrà essere attuata in continuo e non solo all’inizio del processo allo scopo di mantenere le variabili di funzionamento dell’impianto vicini ai criteri di ottimo per la funzionalità e lo scopo impostati.

Pertanto, completata la fase di settaggio, durante il successivo normale funzionamento l’unità di controllo a seconda ad esempio della ricchezza o meno di carbonio presente nei rifiuti doserà la richiesta dei diversi prodotti allo scopo di mantenere le reazioni chimiche desiderate nella camera di combustione 31.

Il funzionamento dell’impianto 1 dipende dalla priorità programmata nell’unità di controllo che generalmente cercherà ad esempio di massimizzare l’abbattimento dei rifiuti 11, 14 e minimizzare l’uso di reagente 5. Quest’ultimo è infatti, in un certo qual modo, il componete più pregiato in quanto a più alto contenuto di energia per la combustione e più facile da smaltire.

Vantaggiosamente la combustione potrà essere finalizzata all’azionamento di un motore ad esempio a ciclo otto, o sterling atto a portare in rotazione una dinamo per la produzione di energia elettrica. Tale energia potrà essere impiegata per il sostentamento della alimentazione elettrica agli elettrodi della torcia al plasma 25. Il calore residuo del processo di combustione potrà essere ad esempio trasferito ad un impianto di riscaldamento di acqua per un edificio genericamente indicato con 50. Quest’ultimo vantaggiosamente sarà atto anche a recuperare il calore dalla vasca degli scarti 98 come schematicamente indicato in figura.

Diversamente l’espansione del gas durante la combustione potrà essere impiegata in una turbina sempre per la generazione di corrente elettrica.

Diversamente ancora il gas caldo prodotto nel bruciatore 33 potrà essere completamente sfruttato in un primo scambiatore acqua - gas 60 per la generazione di energia termica impiegabile ad esempio nell’impianto di riscaldamento dell’acqua 50 di un edificio.

In questo caso, il suddetto scambiatore 60 potrà ad esempio abbassare la temperatura del syngas fino ad un intervallo di temperature compreso tra i 700-900°C e con ciò favorendo la condensazione di eventuali inquinanti quali agglomerati riducenti, incombusti e particelle carboniose.

Tali particelle potranno, come spiegato nel seguito venire ulteriormente eliminate all’ interno di una ulteriore pirolisi 41 e post - combustione ovvero in una marmitta catalitica 43.

In accordo con una soluzione preferenziale della presente invenzione, illustrata nella allegata figura saranno predisposti in serie il primo scambiatore acqua - gas 60 ed una turbina indicata con il numero 80.

La vasca 98 degli scarti contenente la massa vetrosa prodotta dalle particelle pesanti separatesi nel processo di pirolisi potrà essere avvolta in un mantello d’acqua 61 isolato dall’ esterno a cui trasferirà la sua energia termica accumulandola pertanto in un polmone di acqua facilmente utilizzabile per il riscaldamento di edifici. Tale mantello 61 potrà essere in comunicazione con il primo scambiatore 60 ed essere pertanto parte di un unico impianto di riscaldamento dell’acqua 50 di un edificio. Tale impianto 50 potrà prevedere di integrare l’energia termica necessaria all’edificio con una tradizionale caldaia, godendo ciononostante dell’importante beneficio di scaldare una portata d’acqua già notevolmente preriscaldata. In questo caso il bruciatore 33 e lo scambiatore 60 operano come in una normale caldaia. Più in dettaglio, la diagnostica impiegata dall’impianto prevede sonde termiche 36 per il rilevamento della temperatura. Vantaggiosamente una prima sonda termica 36 sarà posta nella prima vasca 3 dei reagenti 5 ed una seconda sonda 36 sarà posta nella camera del reattore 24. Ulteriormente è previsto l’impiego di almeno una sonda ad infrarossi 37 per rilevare le quantità di acqua (vapore) e composti carboniosi presenti nel syngas 31. Tale sonda 37 è posta ad opportuna distanza dalla torcia 25 ove i composti del syngas hanno raggiunto legami stabili. Composti carboniosi e vapore emettono radiazioni a determinate frequenze rilevate dalle sonde 37 che indicano direttamente e con piccolo margine di errore le quantità assolute di tali componenti presenti nel syngas 31. Da tali valori e dai valori di temperatura è possibile comprendere il valore di energia chimica e di energia termica (in parte dovuta al vapore d’acqua) presenti nel flusso di syngas 31 ed estrapolare le reazioni chimiche che si instaureranno nel bruciatore 33.

Pertanto, sulla base delle misure rilevate dai suddetti sensori e della logica programmata nell’unità di controllo è ottenuta la regolazione delle quantità di prodotti da immettere nel reattore 24.

In particolare, i sensori rilevano continuamente la temperatura e la presenza di carbonio e vapore all’interno del reattore 24. Nel caso in cui la temperatura rilevata sia inferiore a quella di funzionamento standard della torcia al plasma 25 oppure nel caso in cui la sonda a raggi infrarossi 37 rilevi una presenza troppo bassa di carbonio perché avvenga la pirolisi, viene inviato un segnale dall’unità di controllo agli azionamenti delle coclee e alle valvole delle condotte che mettono in comunicazione le suddette vasche con il reattore 24 e viene diminuita la portata di prodotti umidi 14 e inerti vetrosi 17’. Nel caso in cui la temperatura rilevata sia invece superiore a quella di funzionamento oppure nel caso in cui la sonda a raggi infrarossi 37 rilevi una presenza troppo elevata di carbonio che potrebbe danneggiare il reattore 24, l’unità di controllo invia un segnale agli azionamenti delle coclee ed alle valvole delle condotte per ridurre la portata delle sostanze reagenti 5 ed aumentare ad esempio la portata degli inerti vetrosi 17’ e/o dell’umido 14 e/o dell’acqua 21.

La quantità di ossigeno immessa dalla condotta 34 nel bruciatore 33 necessaria alla reazione potrà essere regolata mediante una valvola 38 direttamente dalla unità di controllo logico sulla base delle misure delle portate dei singoli componenti, sulla base delle misure di temperatura fornite dalle sonde termiche 36 e sulla base delle misure delle quantità di vapore e di composti carboniosi forniti dalle sonde a infrarossi 37. Diversamente, per consentire di effettuare una reazione perfettamente stechiometrica potrà essere costantemente misurata la quantità di ossigeno presente nel gas di sintesi 31 grazie all’impiego di sonde lambda 39 preferibilmente disposte a monte ed a valle del bruciatore 33.

In particolare, le sonde lambda 39 sono inserite in zone percorse dai fumi ove è presente un flusso stabilizzato per rilevare mediante analisi delle radiazioni emesse la quantità di ossigeno presente nei fumi a valle del bruciatore.

Grazie alla diagnostica sopra descritta l’unità di controllo verifica se il contenuto energetico è compatibile con la combustione e comanda i prodotti da immettere nel reattore secondo la logica impostata che porterà a privilegiare (normalmente) lo smaltimento dei rifiuti ovvero la produzione di energia elettrica ovvero la produzione di energia termica.

All’uscita del bruciatore 33 i gas potranno ancora contenere dello zolfo e potranno essere vantaggiosamente trattati, in particolare in presenza di notevoli quantità di zolfo, con una unità di filtrazione 40 comprendete iniezioni di bicarbon (bicarbonato di sodio) opportunamente eliminato attraverso un successivo filtro a ciclone. Tale tecnica ben nota ad un tecnico del settore non viene illustrata in dettaglio.

Vantaggiosamente, per abbattere ulteriormente gli inquinanti presenti nei fumi che fuoriescono dal bruciatore 33 potrà essere previsto un ulteriore scambiatore 41 gas - gas ad esempio ottenuto con una pila di piastre attraversate internamente ed esternamente dai due gas, in cui i gas provenienti dalla combustione vengono nuovamente surriscaldati e quindi incendiati per realizzare una post-combustione e bruciare eventuali incombusti.

La suddetta post-combustione è favorita dall’immissione nel condotto di una ulteriore portata di ossigeno mediante un iniettore. Il fabbisogno di ossigeno è regolato in modo preciso dalla sonda lambda 39 posta a valle del bruciatore 33 che rileva quanto ossigeno è presente nel gas combusto e quindi quanto ossigeno è ancora necessario per compiere la post combustione con ossidazione di tutti gli incombusti ancora presenti nei fumi.

Diversamente potrà essere predisposta una marmitta catalitica 42 in caso in particolare di quantità di incombusti e di zolfo limitate.

Prima di essere rimessi nell’atmosfera attraverso il camino 43 i gas verranno ulteriormente trattati con un secondo scambiatore di calore 44 acqua - gas per recuperare tutta l’energia termica in essi ancora imprigionata in particolare portando a condensare il vapore acqueo presente nei fumi.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1) Impianto per lo smaltimento di rifiuti, in particolare rifiuti urbani, il quale comprende: almeno una prima vasca (3) per il contenimento di sostanze reagenti (5) ad alto contenuto di carbonio; almeno una seconda vasca (9) per il contenimento di prodotti secchi a contenuto di carbonio inferiore a quello di dette sostanze reagenti (5); almeno una condotta idrica (20) intercettata da almeno una valvola (23) per l' alimentazione controllata dell'impianto con acqua (21); - almeno un reattore (24) dotato di almeno una torcia al plasma (25); una unità di controllo logico atta convogliare a detto reattore (24) quantità regolate di dette sostanze reagenti, di detti prodotti secchi e di detta acqua (21) mediante primi mezzi di trasporto ad azionamento controllato, secondi mezzi di trasporto ad azionamento controllato e detta condotta idrica (20) intercettata da detta valvola (23), determinandone la scomposizione per pirolisi con formazione di scarti (32) e di un gas di sintesi (31) avente contenuto in composti carboniosi, in vapore acqueo ed in ossigeno misurati da mezzi diagnostici (36, 37, 39) posti ad intercettazione del gas di sintesi (31) e controllati in retroazione da detta unità di controllo logico in comunicazione con detti mezzi diagnostici (36, 37, 39), mediante l’azionamento controllato di detti primi e secondi mezzi di trasporto e di detta valvola (23) di detta condotta idrica (20).
2. 2) Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto gas di sintesi (31) è arricchito per realizzare una combustione con una miscela comburente (35), in particolare ossigeno, alimentata mediante una condotta (34) in maniera regolata dall’unità di controllo logico attraverso una valvola (38).
3. 3) Impianto secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta combustione è sfruttata in un motore o in una turbina (80) per la generazione di energia elettrica.
4. 4) Impianto secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta combustione è sfruttata in uno scambiatore (60) per la generazione di energia termica di un impianto di riscaldamento.
5. 5) Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi diagnostici comprendono almeno una sonda lambda atta ad intercettare il flusso di gas di sintesi per rilevare mediante analisi delle radiazioni emesse la quantità di ossigeno in esso presente.
6. 6) Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi diagnostici comprendono almeno una sonda ad infrarossi (37) atta ad intercettare il flusso di gas di sintesi per rilevare mediante analisi delle radiazioni emesse le quantità di vapore e di composti carboniosi in esso presenti.
7. 7) Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi diagnostici comprendono almeno una sonda termica (36) per il rilevamento della temperatura all’interno del reattore.
8. 8) Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una terza vasca (12) per il contenimento di prodotti umidi.
9. 9) Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta prima vasca (3) è provvista di un sensore di livello (6) collegato a detta unità di controllo.
10. 10) Impianto secondo le rivendicazioni 1 e 8, caratterizzato dal fatto che detta prima vasca (3), detta seconda vasca (9) e detta terza vasca (12) sono provviste di celle di carico (7) collegate a detta unità di controllo.
11. 11) Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una quarta vasca (15) per il contenimento di materiali inerti.
12. 12) Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere una struttura portante (2) interrata al di sotto del livello stradale da cui emergono condotte (4, 16, 10, 13) per Γ alimentazione delle vasche ed un camino(43) per lo scarico dei fumi.
13. 13) Impianto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere un secondo scambiatore (44) ad intercettazione dei fumi prima dell’ espulsione da un camino(43) per lo scarico dei fumi.
14. 14) Impianto secondo le rivendicazioni 1, 8, 11 caratterizzato dal fatto di comprendere un trituratore e/o un compattatore atto a ricevere i prodotti in forma espansa da una condotta ed ad immetterli in forma compatta in una di dette vasche.
15. 15) Processo per lo smaltimento di rifiuti, in particolare rifiuti urbani, mediante un impianto secondo la rivendicazione 1, il quale comprende: una fase iniziale di avvio, in cui la torcia al plasma (25) è alimentata con acqua e dette sostanze reagenti (5) ad alto contenuto di carbonio; una fase di analisi del gas di sintesi mediante mezzi diagnostici (36, 37, 39); almeno una fase operativa in cui detta unità di controllo logico comanda il convogliamento a detto reattore (24) di quantità regolate di dette sostanze reagenti, di detti prodotti secchi e di detta acqua (21) mediante il controllo di detti primi mezzi di trasporto, di detti secondi mezzi di trasporto e di detta valvola (23) di condotta idrica (20), mantenendo il contenuto in composti carboniosi, in vapore acqueo ed in ossigeno misurati da mezzi diagnostici in detto gas di intensi entro valori prestabiliti.
16. 16) Processo per lo smaltimento di rifiuti secondo le rivendicazioni 8, 11 e 15, in cui tra detta fase di avvio, e detta fase operativa è ulteriormente prevista una fase di settaggio deirimpianto in cui quantità misurare di componenti provenienti da detta seconda, detta terza o detta quarta vasca alimentano dette torce per misurare il contributo in composti carboniosi, in vapore acqueo ed in ossigeno misurati da detti mezzi diagnostici in detto gas di intensi, dei componenti contenuti nelle diverse vasche.