ITPI20080074A1 - Metodo al plasma per trasformare rifiuti e apparato che attua tale metodo - Google Patents

Description

METODO AL PLASMA PER TRASFORMARE RIFIUTI, E APPARATO CHE ATTUA TALE METODO,

DESCRIZIONE

Ambito dell’invenzione

La presente invenzione riguarda un metodo ed un apparato per trasformare rifiuti di vario tipo, recuperando energia ed ottenendo prodotti di utilità.

Il metodo e l’apparato sono utilizzabili per trattare rifiuti contenenti frazioni organiche ed inorganiche, allo stato solido, liquido o gassoso; in particolare, può trattarsi di rifiuti solidi urbani o assimilabili, rifiuti speciali come rifiuti ospedalieri e da ambulatori medici, altri materiali infettivi e/o tossici, fanghi da depuratori dopo spremitura, residui non ferrosi da officine, residui e scarti da macello, rifiuti da allevamenti come deiezioni animali, pneumatici esausti ed altro.

Brevi cenni alla tecnica nota

È sentita la necessità di introdurre tecniche di smaltimento dei rifiuti, con eventuale recupero di energia, che consentano di superare i noti problemi di impatto ambientale dei metodi tradizionali, ed in specie dell’incenerimento.

In particolare, sono noti metodi che prevedono un riscaldamento ad elevata temperatura per portare i rifiuti allo stato di plasma. In tali condizioni, una parte prevalentemente organica del rifiuto subisce un processo di scissione molecolare e dà luogo per raffreddamento ad un gas di sintesi. Questo contiene prevalentemente prodotti di basso peso molecolare come monossido di carbonio e idrogeno, atti ad essere combusti, dopo eventuale purificazione, in caldaie, turbine a gas, motori endotermici, ecc. facenti parte di sistemi per la generazione di potenza elettrica.

Nei rifiuti trattati possono poi essere presenti materiali non trasformabili in gas di sintesi, in genere materiali inorganici, metallici ed in particolare metalli pesanti, che per esposizione a tali alte temperature dànno luogo ad un lava che solidifica in una matrice vetrosa, dura, altofondente e non lisciviabile, capace di incapsulare le parti più nocive del rifiuto, e/o adatta come materiale da costruzione.

Ad esempio, in WO2004/087840 viene descritto un procedimento ed un apparato a due stadi in cui:

– nel primo stadio un materiale di scarto viene sottoposto ai due processi di sopra ricordati, preferibilmente fatto avvenire in una fornace in cui un plasma à ̈ sostenuto da corrente elettrica che circola tra due elettrodi immersi in una massa fusa stratificata costituita da metallo, scoria, rifiuto parzialmente trattato, tale massa fusa ricevendo rifiuto alimentato per caduta;

– nel secondo stadio, il prodotto gassoso, dopo eventuale grossolana depolverazione, subisce un affinamento scindendo molecole complesse residue, e rimuovendo particelle carboniose formate nel primo stadio mediante ossidazione con quantità dosate di aria e/o vapore.

Sempre in WO2004/087840, sono previste fasi di rapido raffreddamento e/o di purificazione, eseguita secondo convenzionali metodi e dispositivi di separazione, in particolare mediante filtrazione. Si utilizza, inoltre, pressione negativa, per limitare il rischio di fuoriuscita di gas attraverso giunti difettosi, mediante un ventilatore. È prevista una forma quadrangolare della sezione della fornace, che tuttavia non idonea a operare sotto alto vuoto.

Inoltre, il reattore secondo WO2004/087840 ha la limitazione di non poter ricevere con continuità rifiuti solidi, ed al tempo stesso a)mantenere un grado di vuoto comunque assegnato, b)evitare l’ingresso di aria. Infatti, il condotto di alimentazione à ̈ equipaggiato semplicemente con una “valvola di isolamento†, ossia di intercettazione, evidentemente non adatta, da sola, ad assicurare la necessaria tenuta. Risulta poi ancora più difficile alimentare con regolarità contenitori sigillati di rifiuti pericolosi che ragioni di sicurezza impediscono di aprire fuori dall’ambiente di trattamento, come ad esempio rifiuti ospedalieri ed affini.

La rimozione della massa fusa che si accumula sul fondo della fornace à ̈ poi resa difficile dall’elevata temperatura necessaria a mantenere lo stato liquido. Pur essendo previsti “fori per valvole†, non viene risolto il problema della solidificazione della lava nelle valvole.

In sintesi, restano irrisolti i problemi di

– alimentare rifiuti, in particolare rifiuti sostanzialmente solidi, senza perdita di vuoto e ingresso di aria

– allontanare periodicamente la massa fusa, in particolare, senza perdita di vuoto e ingresso di aria.

Sintesi dell’invenzione

È quindi scopo della presente invenzione fornire un metodo ed un apparato per trattare rifiuti ad alta temperatura, recuperando energia e/o prodotti di utilità, detto metodo ed apparato prevedendo fasi e mezzi di generazione di plasma, che comporti costi di esercizio inferiori a quelli della tecnica nota.

È inoltre scopo dell’invenzione fornire un siffatto metodo ed un siffatto apparato che consentano di alimentare in modo continuo rifiuti sostanzialmente solidi senza sostanziale perdita di vuoto e/o ingresso di aria assieme all’alimentazione.

È poi scopo particolare dell’invenzione fornire un siffatto metodo ed un siffatto apparato che consentano di alimentare rifiuti sigillati in contenitori immessi tal quali nell’ambiente di trasformazione.

È inoltre scopo dell’invenzione fornire un siffatto metodo ed un siffatto apparato che consentano di prelevare una quota della fase liquida accumulata nell’ambiente di trasformazione senza arrestare il trattamento e senza sostanziale perdita di vuoto e/o ingresso di aria.

È inoltre scopo dell’invenzione fornire un siffatto metodo ed un siffatto apparato che consentano di ripristinare porzioni di un elettrodo consumabile, senza arrestare il trattamento senza arrestare il trattamento e senza sostanziale perdita di vuoto e/o ingresso di aria.

Questi ed altri scopi sono raggiunti attraverso un metodo per trasformare un materiale di scarto, che comprende le fasi di:

– predisposizione di un contenitore con una porzione di fondo, un condotto di ingresso associato ad una luce d’ingresso, ed una luce di uscita;

– riscaldamento del contenitore fino ad una temperatura di conversione prefissata,,

– depressurizzazione del contenitore fino ad un grado di vuoto predeterminato, e mantenimento di tale grado di vuoto mediante aspirazione a valle di detto luce di uscita,

– alimentazione del materiale di scarto nel contenitore attraverso il condotto di alimentazione, tale che il materiale di scarto viene riscaldato fino alla temperatura di conversione, convertendolo in un gas ionizzato, ossia in un plasma, ed in un residuo sostanzialmente liquido, in particolare una lava, che forma un battente liquido nella porzione di fondo del contenitore;

– mantenimento del contenitore a tale temperatura di conversione causando scariche elettriche in detto contenitore, in particolare al di sotto del battente attraverso il residuo sostanzialmente liquido. Il metodo comprende inoltre le fasi di

– estrazione del gas dal contenitore, attraverso la luce di uscita,

– estrazione di una parte del residuo sostanzialmente liquido attraverso la luce di uscita, in modo che il battente di tale residuo viene mantenuto tra un livello minimo prefissato ed un livello massimo prefissato.

Le fasi di alimentazione del materiale di scarto e di estrazione del gas si svolgono con continuità, e la fase di mantenimento del grado di vuoto viene realizzata mediante la fase di estrazione del gas; la fase di alimentazione del materiale di scarto nel contenitore attraverso il condotto di ingresso viene compiuta con il contenitore in condizioni di vuoto.

Risultanze sperimentali hanno mostrato che il plasma sostenuto da arco elettrico consente notevoli riduzioni di consumi energetici operando sotto vuoto più spinto, in modo che il passaggio di corrente sia intermittente ossia organizzato in scariche.

Vantaggiosamente, il grado di vuoto prefissato à ̈ compreso tra uno e dieci millibar assoluti, preferibilmente tra tre e sei millibar assoluti. Operando con valori di pressione residua inferiori a quelli indicati, gli oneri associati al mantenimento del vuoto aumenterebbero più di quanto non diminuiscano gli oneri associati al mantenimento della temperatura attraverso le scariche elettriche.

In particolare, la fase di alimentazione di detto materiale di scarto in condizioni di vuoto à ̈ scelta tra: – alimentazione di un materiale di scarto sfuso e sostanzialmente solido mediante compressione, tale alimentazione essendo eseguita facendo formare al materiale di scarto un tappo di tenuta al gas entro il condotto di ingresso; il tappo di tenuta procede entro il contenitore ed à ̈ costantemente rinnovato;

– alimentazione di un materiale di scarto racchiuso in capsule rigide, detta alimentazione essendo fatta impegnando con tali capsule il condotto di ingresso in modo da opporre tenuta al passaggio di gas mentre si muovono verso la luce di ingresso;

– alimentazione di un liquido o di un gas, almeno uno dei quali comprende un materiale di scarto, o di una combinazione di liquido e gas, al di sotto del battente del residuo sostanzialmente liquido.

Preferibilmente, Ã ̈ prevista una fase di rilevazione del livello del battente mediante analisi a ultrasuoni.

Vantaggiosamente, la fase di estrazione di una parte del residuo sostanzialmente liquido viene effettuata attraverso una luce di passaggio del contenitore realizzata attraverso la porzione di fondo; à ̈ allo scopo prevista una fase di rottura di un’otturazione formata da una quantità del residuo sostanzialmente liquido solidificata in corrispondenza della luce di passaggio. In particolare, la fase di rottura viene eseguita facendo arretrare l’otturazione solida dentro il contenitore per una corsa predeterminata, fino a fusione dell’otturazione, con conseguente riapertura della luce di passaggio. L’otturazione viene ripristinata quando il battente à ̈ sceso in prossimità di un livello minimo prefissato.

Preferibilmente le scariche elettriche hanno luogo in una regione di scarica al di sotto del battente in prossimità di una pluralità di conduttori elettrici, in particolare di due elettrodi; tra coppie di tali elettrodi viene imposta e mantenuta una differenza di potenziale, e vengono prodotte scariche con intensità e/o frequenza dipendente dalla differenza di potenziale.

Vantaggiosamente, la differenza di potenziale può essere variata in dipendenza della portata di alimentazione del materiale di scarto nel contenitore.

In particolare, i conduttori elettrici sono elettrodi consumabili; il metodo prevede allora una fase di rilevazione di elettrodo residuo e ripristino di una porzione consumata di elettrodo, tale che la regione di scarica non muti sostanzialmente in forma e posizione per effetto del consumo di tali elettrodi. Alternativamente, Ã ̈ prevista una alimentazione di detti elettrodi in continuo.

Preferibilmente, detta fase di estrazione del gas dal contenitore, attraverso detta luce di uscita, prevede ulteriori fasi di post-trattamento scelte tra:

– purificazione del gas mediante una coppia di elettrodi con formazione di una scarica e formazione di plasma che fa precipitare varie tipologie di contaminanti presenti nel gas;

– rapido raffreddamento del gas, in particolare per evitare la formazione di composti nocivi quali diossine e furani,

– filtrazione o lavaggio per rimuovere acido solfidrico dal gas estratto, in particolare mediante soluzione di ossidi o sali ferrosi

– filtrazione per rimuovere particolati solidi presenti nel gas, in particolare mediante separatori a ciclone, filtri elettrostatici o filtri a carboni attivi.

Preferibilmente. la depressurizzazione viene fatta a valle di detta fase di post trattamento.

Gli scopi sopra riportati sono altresì raggiunti attraverso un apparato per trasformare un materiale di scarto, che comprende

– un contenitore avente una porzione di fondo ed un condotto di ingresso associato ad una luce d’ingresso, – mezzi per riscaldare il contenitore fino ad una temperatura di conversione predeterminata, e per mantenere il contenitore alla temperatura di conversione,

– mezzi per depressurizzare il contenitore attraverso il condotto di alimentazione fino ad un grado di vuoto predeterminato, e per mantenere il grado di vuoto predeterminato,

– mezzi per alimentare il materiale di scarto nel contenitore attraverso il condotto; il materiale di scarto viene in tal modo riscaldato fino alla temperatura di conversione, che à ̈ tale che il materiale di scarto viene convertito in un gas ionizzato, ossia in un plasma, ed in un residuo sostanzialmente liquido, in particolare una lava; il residuo sostanzialmente liquido forma un battente nella porzione di fondo. L’apparato comprende inoltre – mezzi per estrarre il gas dal contenitore,

– mezzi per estrarre una parte del residuo sostanzialmente liquido dal contenitore, in modo che il battente del residuo sostanzialmente liquido viene mantenuto tra un livello minimo predeterminato ed un livello massimo predeterminato. La caratteristica principale dell’apparato à ̈ che i mezzi per depressurizzare mantengono il grado di vuoto predeterminato entro il contenitore durante l’estrazione del gas, e che i mezzi per alimentare il materiale di scarto cooperano con il materiale di scarto opponendo tenuta al passaggio di gas nel contenitore attraverso il passaggio.

In particolare, i mezzi per alimentare il materiale di scarto sono scelti tra:

– mezzi per alimentare un materiale di scarto sfuso e sostanzialmente solido: il materiale di scarto forma un tappo di tenuta al gas entro il condotto di ingresso; il tappo di tenuta procede entro il contenitore ed à ̈ costantemente rinnovato;

– mezzi per alimentare capsule rigide contenenti il materiale di scarto: le capsule impegnano il condotto di ingresso in modo da opporre tenuta al passaggio di gas, mentre si muovono verso la luce di ingresso,

– mezzi per alimentare un liquido o un gas, almeno uno dei quali comprende un materiale di scarto, o di una combinazione di liquido e gas, al di sotto del battente del residuo sostanzialmente liquido.

In particolare, i mezzi per alimentare materiale di scarto sfuso e sostanzialmente solido comprendono una coclea avente un profilo adatto a impegnare il condotto di alimentazione in modo che il materiale di scarto sfuso e sostanzialmente solido venga compresso formando un tappo atto ad opporre tenuta ad un passaggio di gas lungo il condotto quando il materiale di scarto à ̈ alimentato nel contenitore attraverso il condotto d’ingresso; i mezzi per alimentare un materiale di scarto liquido e/o gassoso comprendono un condotto che attraversa una parete del contenitore ed à ̈ disposto ad un livello al di sotto del battente.

Preferibilmente, il contenitore ha pareti comprendenti:

– uno strato interno formato da mattoni refrattari, i mattoni avendo porzioni atte a impegnare reciprocamente una pluralità dei mattoni,

– uno strato intermedio flessibile in un materiale refrattario, preferibilmente in ossido di alluminio,

– un serpentino esterno od una membratura disposta esternamente allo strato intermedio della parete, una superficie interna della membratura definendo una camicia assieme ad una superficie esterna dello strato intermedio, il serpentino o la camicia essendo atti a ricevere un fluido per raffreddare la parete e/o recuperare calore dal contenitore.

Vantaggiosamente, i mezzi per estrarre una quota di residuo sostanzialmente liquido comprendono,

– un foro di uscita del contenitore

– mezzi per rompere un tappo formato da una quantità il residuo sostanzialmente liquido solidificato nel foro di uscita: tali mezzi sono scelti tra:

– mezzi girevoli o alternativi associati con mezzi di rilevazione di rottura

una coclea disposta entro un condotto di uscita, a sua volta disposto attraverso una parete del contenitore; la coclea à ̈ mantenuta in una posizione predeterminata entro il condotto di uscita da un’otturazione formata da una quantità solidificata del residuo sostanzialmente liquido, , la coclea essendo atta ad facilitare l’estrazione mediante una rotazione in direzione verso l’interno del fino a fusione dell’otturazione, con conseguente riapertura della luce di passaggio attraverso la coclea. Vantaggiosamente, il contenitore comprende

– una pluralità di conduttori elettrici, in particolare due elettrodi,

– mezzi per mantenere una differenza di potenziale predeterminata tra coppie di tali elettrodi, in modo da generare le scariche in una regione sommersa dal residuo sostanzialmente liquido; le scariche vengono prodotte con intensità e/o frequenza dipendente dalla differenza di potenziale.

Vantaggiosamente, l’apparato comprende

– mezzi per rilevare una portata di alimentazione del materiale di scarto nel contenitore

– mezzi per variare la differenza di potenziale in base alla portata

tali che un apporto di calore associato a tali scariche può essere variato in base alla portata per mezzo di variazioni della differenza di potenziale.

I conduttori elettrici possono essere elettrodi consumabili, formati da una pluralità di elementi sostanzialmente lineari; ciascun elemento ha estremità, in particolare estremità filettate, atte a consentire impegno reciproco tra elementi; l’apparato comprende in tal caso mezzi per ripristinare una porzione consumata degli elettrodi, comprendenti

– una sede per posizionare uno degli elementi all’estremità dell’elettrodo,

– un attuatore per provocare un avanzamento di elettrodo attraverso la parete del contenitore,

– un elemento atto ad opporre tenuta al passaggio di gas nel contenitore durante l’avanzamento.

I mezzi di prelievo della frazione gassosa dal contenitore sono preferibilmente collegati con apparecchiature per effettuare un post-trattamento ad alta temperatura, come sopra descritto. Si tratta preferibilmente di un contenitore tubolare chiamato eduttore, con una sezione di ingresso ed una sezione di uscita per il gas, avente in corrispondenza della sezione di ingresso mezzi per il dosaggio di acqua o vapore ed una coppia di elettrodi, tra i quali à ̈ imposta una differenza di potenziale tale da provocare una torcia al plasma al passaggio del gas tra i due elettrodi. La sezione di uscita dell’eduttore à ̈ poi collegata ad uno scambiatore di calore, vantaggiosamente in grado di operare un rapido raffreddamento del gas, per evitare la formazione di composti nocivi quali diossine e furani. Di preferenza, sono poi previsti mezzi di purificazione del gas, tra cui mezzi di purificazione per rimuovere acido solfidrico dal gas estratto, in particolare mezzi per contattare il gas con una soluzione di ossidi o sali ferrosi.

Un’idonea pompa o altro dispositivo atto a creare il vuoto à ̈ poi installato a valle del percorso del gas, e fornisce mezzi per depressurizzare e mantenere depressione nel contenitore ed in tutto il circuito comprendente le apparecchiature sopra descritte.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione verrà di seguito illustrata con la descrizione che segue di sue forme realizzative, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi, in cui:

– la figura l à ̈ un diagramma di flusso che illustra le fasi del metodo secondo l’invenzione;

– la figura 2 mostra schematicamente un contenitore adibito a reattore, facente parte dell’apparato secondo l’invenzione;

– la figura 3 à ̈ una sezione di una coclea per l’alimentazione del contenitore di figura 2 con rifiuti sostanzialmente sfusi o imballati in modo ordinario;

– la figura 4 à ̈ una rappresentazione schematica in sezione di un dispositivo per l’alimentazione di rifiuti imballati in capsule sigillate, ad esempio rifiuti ospedalieri;

– le figure da 5’ a 5††mostrano un procedimento e mezzi per estrarre una parte del residuo sostanzialmente liquido dal contenitore.

– la figura 6 à ̈ una rappresentazione schematica del dispositivo per il reintegro di elementi di elettrodi;

– la figura 7 mostra un reattore analogo a quello di figura 2 e fasi di post trattamento del gas di sintesi ottenuto, fino alla combustione e alla purificazione dei fumi.

Descrizione di forme realizzative preferite

Con riferimento alla figura 1, viene descritto un metodo 100 per trasformare materiale di scarto secondo l’invenzione. Il metodo comprendente una fase 110 di predisposizione di un contenitore, una fase 111 di riscaldamento dello stesso ad una temperatura di conversione, tipicamente compresa tra 1600 e 2000°C, nonché una fase 112 di depressurizzazione fino ad una pressione ad esempio compresa tra 1 e 10 millibar di pressione residua, preferibilmente intorno a 4 millibar di pressione residua. Segue poi una fase 120 di introduzione del materiale di scarto nel contenitore, tipicamente in assenza di aria o altro gas presente nel luogo di provenienza del materiale di scarto. Per esposizione alla temperatura di conversione, il materiale di scarto subisce una trasformazione 130 in frazione gassosa allo stato ionizzato, ossia un plasma, ed in una frazione sostanzialmente liquida che si accumula sul fondo del contenitore.

Il materiale di scarto può essere un materiale sostanzialmente solido e sfuso alimentato nel contenitore in modo continuo, in forma compressa (figura 4) per evitare ingresso di aria assieme al materiale, con perdita di vuoto, durante l’alimentazione; Il metodo riguarda i la trasformazione di materiale confezionato in capsule chiuse; in tal caso, (figura 5) la tenuta all’aria à ̈ realizzata alimentando in successione le capsule in un condotto di inserimento, con un contenitore che fa tenuta nel condotto su un contenitore successivo. Il metodo prevede anche il trattamento di reflui liquidi e gassosi, da alimentare sotto il battente del liquido accumulato nel fondo.

Durante la fase 130 di trasformazione, la temperatura viene mantenuta somministrando calore prodotto da scariche elettriche all’interno del residuo sostanzialmente liquido; contemporaneamente alla fase 130, avviene con continuità il prelievo 140 della frazione gassosa dal contenitore. Essa viene sottoposta ad un trattamento 141 ad alta temperatura, sempre allo stato di plasma, per rimuovere le impurezze residue, ad un raffreddamento rapido 142 per evitare la formazione di diossine ed altri prodotti tossici parzialmente ossidati, e ad una purificazione 143 finale del gas, costituita da più stadi di filtrazione. Infine, ha luogo una fase di alimentazione 144 del gas di sintesi ad un dispositivo di conversione, ad esempio una turbina a gas, per la produzione di energia elettrica.

Il livello H (figura 2) del liquido accumulato nel contenitore, viene rilevato (fase 150) ad esempio mediante strumentazione ad ultrasuoni; il valore di livello rilevato viene sottoposto a confronto 151 con un valore prefissato H*, consentendo di decidere se procedere all’apertura 152 del contenitore ed all’estrazione 153 di una quota del residuo sostanzialmente liquido per mantenere o ripristinare il livello predeterminato H*. In tal caso, si procede ad esempio mediante demolizione/asportazione di un tappo di chiusura formatosi per solidificazione di liquido attraverso una bocca di uscita in corrispondenza del fondo del contenitore, cui segue una colata del residuo; al termine, la richiusura 154 del contenitore può avvenire in questo caso mediante ricostituzione del tappo mediante solidificazione di una quantità del residuo in corrispondenza della bocca di scarico.

Le scariche elettriche che consentono il riscaldamento ed il mantenimento della temperatura hanno luogo in una regione compresa tra almeno una coppia di elettrodi, tra cui à ̈ mantenuta una differenza di potenziale prefissata. L’intensità e/o la frequenza delle scariche elettriche dipendono dalla differenza di potenziale. Il metodo prevede inoltre di variare tale differenza di potenziale in funzione della portata del materiale di scarto introdotto nel contenitore, o di una grandezza rappresentativa di tale portata come ad esempio la velocità di avanzamento di organi meccanici che permettono l’introduzione del materiale di scarto nel contenitore.

Gli elettrodi utilizzati, ad esempio elettrodi di grafite, sono normalmente soggetti a consumo durante lo svolgimento del processo. Per questo motivo, sempre in contemporanea con la fase di trasformazione 130, si effettua una rilevazione 160 dell’elettrodo utile residuo, ad esempio di una lunghezza E della porzione di elettrodo immersa nel liquido, o della porzione presente all’interno del contenitore. Tale lunghezza può essere affissa con continuità su un pannello per consentire un confronto 161 con una lunghezza di elettrodo utile di riferimento E*; se l’elettrodo utile in esercizio E risulta inferiore a E*, viene eseguito il ripristino 162 dell’elettrodo fino a ottenere o superare nuovamente il valore E*, ripristinando la posizione nominale della regione interessata alle scariche elettriche. Nel caso di due elettrodi, uno dei due normalmente si consuma più rapidamente dell’altro, pertanto la fase 162 à ̈ realizzata in modo differenziale per i due elettrodi, in modo tale che la posizione relativa delle parti cooperanti di due elettrodi non muti sostanzialmente per effetto del consumo differenziale.

Con riferimento alla figura 2, viene descritto un contenitore 201 impiegato come reattore in un apparato che attua il metodo 100. Esso comprende un corpo cilindrico centrale 202, ad asse verticale, e due porzioni bombate 203 e 204. Tale forma, associata ad un adeguato spessore delle membrature, à ̈ indicata per conferire resistenza all’implosione del reattore, che il metodo secondo l’invenzione prevede di esercire sotto vuoto.

Per l’introduzione del materiale di scarto solido 5, sono previsti mezzi 10 che oppongono tenuta all’ingresso di aria o altro gas dal luogo di provenienza non rappresentato del materiale di scarto 5 nel reattore 201. Tali mezzi 10 si specializzano poi in base alla natura del materiale di scarto solido, come sarà meglio chiarito con esempi descrivendo le figure 3 e 4, riferite nell’ordine a materiale di scarto sfuso, e a materiale sigillato in capsule rigide.

Per effetto dell’esposizione in sostanziale assenza di ossigeno alle elevate temperature realizzate nel reattore 201, il materiale di scarto 5 e 6 à ̈ soggetto ad un processo di ridistribuzione di atomi/molecole, che dà luogo ad un residuo sostanzialmente liquido 9, accumulato in una porzione di fondo del reattore 201, e ad un gas 11. Il residuo 9 à ̈ costituito da materiali inorganici, ed à ̈ assimilabile ad una lava di elevato peso specifico (circa 10 rispetto all’acqua); solidificando, tale residuo forma una massa di consistenza vetrosa che immobilizza, in particolare composti inquinanti come metalli, ed in particolare metalli pesanti. Il gas 11 evolve dal materiale di scarto 5 già durante la discesa di questo verso il battente di residuo sostanzialmente liquido 7. Il gas 11 ed à ̈ costituito prevalentemente da monossido di carbonio, idrogeno, biossido di carbonio ed acqua, composti caratteristici di un gas di sintesi atto ad essere convertito in un impianto di produzione di energia; Esso può tuttavia contenere particolato costituito da materiali inorganici come metalli, nonché da carbone formatosi nel reattore 201 per esposizione ad alta temperatura di organici contenuti nel materiale di scarto 5 o 6. Il gas viene prelevato in continuo attraverso un condotto 12, ed avviato alle successive fasi di trattamento per renderlo idoneo a operazioni di conversione energetica in tali dispositivi.

Materiali di scarto 6 allo stato liquido e/o gassoso vengono invece alimentati nella massa di residuo sostanzialmente liquido 9, al di sotto del battente 7, mediante un condotto 13.

Il mantenimento della temperatura nel reattore 201 à ̈ garantito da calore associato al passaggio di corrente elettrica in scariche 20 che si innescano tra due elettrodi 21 e 22. Per provocare tali scariche, tra i due elettrodi 21 e 22 viene imposta una differenza di potenziale elettrico V mediante mezzi 23 di generazione di potenziale elettrico. Tali mezzi di generazione sono in grado inoltre di recepire segnali di portata 24 o 25 da rispettivi strumenti 26 e 27 di determinazione della portata del materiale di scarto 5 o 6 in alimentazione, e di variare la differenza di potenziale V, e quindi la frequenza e/o l’intensità delle scariche 20, in funzione del valore di portata acquisito istante per istante dagli strumenti 26 e/o 27. In tal modo il calore generato per scarica viene adeguato alla quantità di materiale di scarto trattato istante per istante. Anziché un segnale di portata, si può ricorrere alla misura di grandezze distinte ma correlate con la portata, ad esempio la velocità di avanzamento di organi meccanici che permettono l’introduzione del materiale di scarto nel contenitore, come nel caso della coclea di figura 3.

Le pareti 28 del reattore sono costituite da un primo strato interno formato da mattoni autobloccanti (non mostrati) realizzati con un materiale refrattario, ad esempio ossido di alluminio, ed un secondo strato flessibile pure in refrattario. Preferibilmente, all’esterno del secondo strato à ̈ presente un serpentino o una camicia, percorso da un fluido per contenere la temperatura della parete (non mostrati).

Una zona 19 di una porzione inferiore della parete 28 ha presenta una discontinuità, tale che una quantità residuo 9 può solidificare all’interno di esso formando un tappo che può essere rimosso creando un foro 26 che consente l’estrazione per gravità di una quota di residuo sostanzialmente liquido 9 che si accumula nel reattore 201 al decorrere della trasformazione del materiale di scarto, come sarà meglio chiarito descrivendo la figura 5. Tale operazione viene effettuata periodicamente per mantenere il livello del residuo 9 entro ad un valore di riferimento H*.

Per determinare il valore corrente H del livello della lava à ̈ previsto uno strumento 30 ad ultrasuoni 31 collegato ad una centralina 32 completa di visualizzatore 33 del valore corrente H.

Gli elettrodi 21 e 22 sono in genere di tipo consumabile, ad esempio cilindrici. In questo caso, e per evitare indesiderato ingresso di aria e/o frequenti fermate del trattamento del materiale di scarto, ciascun elettrodo à ̈ formato da moduli 59/60 (figura 6) collegabili testa a testa ad esempio mediante unioni filettate 68 autobloccanti, e sono previsti dispositivi di reintegro 36 degli elettrodi 21 e 22, associati al reattore 201. Il dispositivo 36 comprende una sede 63 per posizionare un modulo filettato 60, entro cui il modulo 60 à ̈ libero di ruotare, e mezzi 61 per avvitare tale modulo 60 con un modulo precedente 59, nonché mezzi per provocare l’avanzamento, dell’elettrodo 21 o 22 attraverso una parete del reattore, costituiti da due coppie di ruote controrotanti 58, dopo aver avvitato il modulo 60, e mezzi 64 di tenuta all’aria, ad esempio bronzine, impegnati dall’elettrodo 21 o 22 durante il moto secondo la direzione di avanzamento 65. In particolare, i mezzi per provocare l’avanzamento di ciascun elettrodo possono essere azionati automaticamente in base a programmi di tempo residenti in una centralina 35 (figura 2), scelti in modo da tenere conto della diversa velocità con cui i due elettrodi 21 e 22 si consumano al decorrere del processo, per mantenere sostanzialmente invariata la posizione relativa delle zone 66 e 67 dei due elettrodi 21 e 22 che prendono parte alla scarica.

Con riferimento alla figura 3, à ̈ rappresentato un dispositivo 300 per l’introduzione del materiale di scarto solido sostanzialmente sfuso nel reattore 201, ad esempio rifiuti solidi urbani o pneumatici triturati. Tale dispositivo comprende

– una tramoggia 38 ad asse 39 verticale,

– un condotto 40 disposto inferiormente alla tramoggia 38, con una cavità 41 che si estende tra una estremità 42 comunicante con la tramoggia 38 attraverso una zona di passaggio 43 e l’estremità opposta 44 comunicante con il con il contenitore 201 attraverso una luce di passaggio; la cavità 41 ha forma convergente verso l’estremità 44 secondo una conicità prefissata,

– una coclea 46 disposta girevole entro la cavità 41 e la luce di passaggio 43, con un profilo ad esempio elicoidale 49 avente nel tratto di coclea 46 che impegna la cavità 41 diametro esterno decrescente secondo la conicità della cavità 41.

In tal modo, il rifiuto 5, rinnovato periodicamente o con continuità mediante mezzi non rappresentati nella tramoggia 38, viene prelevato con continuità dalla coclea 46 e trasportato attraverso la cavità 41 entro il contenitore 201. Durante tale attraversamento, esso à ̈ forzato ad occupare uno spazio di volume decrescente secondo la direzione di avanzamento 50, pertanto viene compattato, ed al tempo stesso riscaldato per effetto della temperatura della parete del condotto 40, fino a costituire una massa compatta e friabile che impedisce il passaggio di aria dall’ambiente nel reattore 201 attraverso la tramoggia 38 e la cavità 41, nonostante l’estremità 44 si trovi ad una pressione inferiore a quella dell’ambiente 47. Raggiunta la luce di passaggio 45, la massa del materiale di scarto 5 si sgretola durante la caduta all’interno nel contenitore 201. La coclea à ̈ supportata con mezzi noti, ad esempi un cuscinetto a sfere 48, nella parete retrostante il condotto 40.

La figura 4 mostra un dispositivo 400 per l’introduzione nel reattore 201 di rifiuti sigillati in capsule 51a-d, ad esempio rifiuti ospedalieri o comunque contaminati e/o pericolosi, che non possono essere aperte durante la movimentazione fin dentro il dispositivo che opera la distruzione di tali rifiuti. Il dispositivo 400 comprende un condotto di inserimento 52 avente una cavità preferibilmente cilindrica 53 con una estremità 54 in cui vengono alimentate le capsule 51a-e, ed una estremità opposta 55 comunicante con una luce di ingresso 56 del contenitore 201. Le dimensioni delle capsule 51a-e, aventi una porzione centrale preferibilmente cilindrica, consentono il passaggio dei contenitori stessi attraverso la cavità 53 sotto l’azione di una forza 57, opponendo al tempo stesso tenuta al passaggio di aria dall’estremità 54 all’estremità 55. In generale, quando una capsula 51a-e entra nel contenitore 201, vi à ̈ almeno una capsula successiva che oppone tenuta al passaggio di aria; nell’esempio di figura 4 al passaggio della capsula 51b all’interno del contenitore 201 vi sono tre capsule successive 51c-e che fanno tenuta.

Nelle figure da 5’ a 5††viene rappresentato un ciclo di accumulo-estrazione del residuo sostanzialmente liquido 9 nella porzione di fondo del contenitore 201, in particolare à ̈ visibile una coclea 16 disposta entro un condotto di uscita 15, a sua volta disposto attraverso la discontinuità 19 della parete 28 del contenitore; la coclea 16 (figura 5’) à ̈ mantenuta in una posizione predeterminata entro il condotto di uscita 15 da un’otturazione 26 formata da una massa solidificata del residuo 9. La coclea 16 à ̈ collegata con mezzi elettromeccanici di attuazione non rappresentati, ed à ̈ in grado (figura 5†) di frantumare l’otturazione 26 mediante una rotazione in una direzione assegnata 17; mediante una rotazione in direzione 17’ opposta alla direzione 17 (figura 5’†) la coclea serve invece a facilitare l’estrazione del residuo 9. Una volta prelevata una quantità di residuo tale che il battente raggiunge un valore H1, (figura 5††), non più sufficiente a sostenere l’efflusso del residuo 9 attraverso il foro creato dalla coclea 16 nel condotto 15, l’otturazione 26 si riforma per solidificazione di residuo presente all’interno del condotto 15. Il battente H1à ̈ un battente che consente l’equilibrio di una pressione fluidostatica esercitata sulla sezione di efflusso del condotto 15 dal battente stesso, ed una contropressione esterna esercitata dall’atmosfera, in considerazione che al di sopra del battente 7 regnano condizioni di vuoto spinto. Per questo motivo, durante la fase di estrazione rappresentata nelle figure 5†-5††non si ha ingresso di aria nel contenitore 201 e quindi non si ha neppure perdita di vuoto.

Con riferimento alla figura 7, i mezzi di prelievo 202 della frazione gassosa dal contenitore 201 sono preferibilmente collegati con un’ apparecchiatura per effettuare un post-trattamento ad alta temperatura, come sopra descritto. Si tratta preferibilmente di un contenitore tubolare chiamato eduttore 210, con una sezione 211 di ingresso ed una sezione 212 di uscita per il gas, avente in corrispondenza della sezione di ingresso mezzi 213 per il dosaggio di acqua o vapore ed una coppia di elettrodi 214, tra i quali à ̈ imposta una differenza di potenziale tale da provocare una torcia al plasma al passaggio del gas tra i due elettrodi. La sezione 212 di uscita dell’eduttore à ̈ poi collegata ad uno scambiatore di calore 220, vantaggiosamente in grado di operare un rapido raffreddamento del gas, per evitare la formazione di composti nocivi quali diossine e furani. Di preferenza, sono poi previsti mezzi di purificazione del gas, tra cui, mezzi di purificazione per rimuovere acido solfidrico dal gas estratto, in particolare un assorbitore 230 contattare ove il gas viene a contatto con una soluzione di ossidi o sali ferrosi, seguito da mezzi noti di separazione 240 gas-solido quali separatori a ciclone, filtri elettrostatici o filtri a carboni attivi Una volta purificati, i gas passano vengono aspirati da un compressore in linea 250 atto a creare un grado di vuoto predeterminato nelle apparecchiature attraversate dal gas, in particolare nel contenitore 201. Il gas à ̈ destinato ad una camera di combustione 260 facente parte, in particolare, di un apparato per la produzione di energia elettrica, ad esempio una turbina a gas, o in una caldaia per la generazione di energia termica. I fumi prodotti nella combustione possono poi essere trattati in un secondo eduttore 270, preferibilmente seguito da un diffusore 280 dei fumi purificati in atmosfera.

La descrizione di cui sopra di forme realizzative specifiche à ̈ in grado di mostrare l’invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tali forme realizzative specifiche senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti delle forme realizzative specifiche. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un metodo per trasformare un materiale di scarto, detto metodo comprendendo le fasi di: – predisposizione di un contenitore, detto contenitore avendo una porzione di fondo, un condotto di ingresso associato ad una luce d’ingresso, ed una luce di uscita; – riscaldamento di detto contenitore fino ad una temperatura di conversione prefissata; – depressurizzazione di detto contenitore fino ad un grado di vuoto predeterminato, e mantenimento di detto grado di vuoto predeterminato mediante aspirazione a valle di detto luce di uscita, – alimentazione di detto materiale di scarto in detto contenitore attraverso detto condotto di alimentazione, detto materiale di scarto essendo in tal modo riscaldato fino a detta temperatura di conversione, detta temperatura di conversione essendo tale che detto materiale di scarto viene convertito in un gas ionizzato ossia in un plasma, ed in un residuo sostanzialmente liquido, in particolare una lava, detto residuo sostanzialmente liquido formando un battente liquido in detta porzione di fondo, – mantenimento del contenitore a detta temperatura di conversione viene realizzata mediante scariche elettriche in detto contenitore, in particolare al di sotto di detto battente attraverso detto residuo sostanzialmente liquido, – estrazione di detto gas da detto contenitore attraverso detta luce di uscita – estrazione di una parte di detto residuo sostanzialmente liquido attraverso detta luce di uscita, in modo che detto battente di detto residuo sostanzialmente liquido viene mantenuto compreso tra prefissati minimo e massimo valori di livello, in cui dette fasi di alimentazione di detto materiale di scarto e di estrazione di detto gas si svolgono con continuità, ed in cui detta fase di mantenimento di detto grado di vuoto predeterminato viene realizzata mediante detta fase di estrazione di detto gas, e detta fase di alimentazione di detto materiale di scarto in detto contenitore attraverso detto condotto di ingresso viene compiuta con detto contenitore in condizioni di vuoto.
2. 2. Un metodo come da rivendicazione 1, in cui detto grado di vuoto prefissato à ̈ compreso tra uno e dieci millibar assoluti, preferibilmente tra tre e sei millibar assoluti.
3. 3. Un metodo come da rivendicazione 1, in cui detta fase di alimentazione di detto materiale di scarto in condizioni di vuoto à ̈ scelta tra: – alimentazione di un materiale di scarto sfuso e sostanzialmente solido mediante compressione, detta alimentazione essendo eseguita facendo formare a detto materiale di scarto un tappo di tenuta al gas entro detto condotto di ingresso, detto tappo di tenuta procedendo entro detto contenitore ed essendo costantemente rinnovato, – alimentazione di un materiale di scarto racchiuso in capsule rigide, detta alimentazione essendo fatta impegnando con dette capsule detto condotto di ingresso in modo da opporre tenuta al passaggio di gas mentre si muovono verso detta luce di ingresso, – alimentazione di un liquido o di un gas, detto liquido e/o detto gas comprendendo un materiale di scarto, o di una combinazione di detto liquido e detto gas , al di sotto di detto battente di detto residuo sostanzialmente liquido.
4. 4. Un metodo come da rivendicazione 1, in cui à ̈ prevista una fase di rilevazione del livello di detto battente mediante analisi a ultrasuoni.
5. 5. Un metodo come da rivendicazione 1, in cui detta fase di estrazione di una parte di detto residuo sostanzialmente liquido viene effettuata attraverso una luce di passaggio di detto contenitore realizzata attraverso detta porzione di fondo, essendo prevista una fase di rottura di un’otturazione formata da una quantità di detto residuo sostanzialmente liquido solidificata in corrispondenza di detta luce di passaggio, detta fase di rottura essendo eseguita facendo arretrare l’otturazione solida dentro il contenitore per una corsa predeterminata, fino a fusione dell’otturazione, con conseguente riapertura della luce di passaggio. L’otturazione viene ripristinata quando detto battente à ̈ sceso in prossimità di un livello minimo prefissato.
6. 6. Un metodo secondo la rivendicazione 1, in cui dette scariche elettriche hanno luogo in una regione di scarica al di sotto di detto battente in prossimità di una pluralità di conduttori elettrici, in particolare di due elettrodi, tra due di detti conduttori di detta pluralità essendo imposta e mantenuta una differenza di potenziale, in cui dette scariche sono prodotte con intensità e/o frequenza dipendente da detta differenza di potenziale.
7. 7. Un metodo secondo la rivendicazione 6, in cui detta differenza di potenziale può essere variata in dipendenza di una portata di alimentazione di detto materiale di scarto in detto contenitore.
8. 8. Un apparato per trasformare un materiale di scarto, detto apparato comprendendo – un contenitore con una porzione di fondo ed un condotto di ingresso associato ad una luce d’ingresso, – mezzi per riscaldare detto contenitore fino ad una temperatura di conversione predeterminata, e mezzi per mantenere detto contenitore a detta temperatura di conversione, – mezzi per depressurizzare detto contenitore attraverso detto condotto di alimentazione fino ad un grado di vuoto predeterminato, e per mantenere detto grado di vuoto predeterminato, – mezzi per alimentare detto materiale di scarto in detto contenitore attraverso detto condotto, detto materiale di scarto essendo in tal modo riscaldato fino a detta temperatura di conversione, detta temperatura di conversione essendo tale che detto materiale di scarto viene convertito in un gas ionizzato ossia in un plasma ed in un residuo sostanzialmente liquido, in particolare una lava, detto residuo sostanzialmente liquido formando un battente liquido in detta porzione di fondo, – mezzi per estrarre detto gas da detto contenitore, – mezzi per estrarre una parte di detto residuo sostanzialmente liquido da detto contenitore, in modo che detto battente di detto residuo sostanzialmente liquido viene mantenuto compreso tra un livello minimo predeterminato ed un livello massimo predeterminato, caratterizzato dal fato che detti mezzi per depressurizzare mantengono detto grado di vuoto predeterminato entro detto contenitore durante detta estrazione di detto gas, e che detti mezzi per alimentare detto materiale di scarto cooperano con detto materiale di scarto opponendo tenuta al passaggio di gas in detto contenitore attraverso detto passaggio.
9. 9. Un apparato secondo la rivendicazione 8, in cui detti mezzi per alimentare detto materiale di scarto sono scelti tra: – mezzi per alimentare un materiale di scarto sfuso e sostanzialmente solido, detto materiale di scarto formando un tappo di tenuta al gas entro detto condotto di ingresso, detto tappo di tenuta procedendo entro detto contenitore ed essendo costantemente rinnovato, – mezzi per alimentare capsule rigide contenenti detto materiale di scarto, dette capsule impegnando detto condotto di ingresso in modo da opporre tenuta al passaggio di gas mentre si muovono verso detta luce di ingresso, – mezzi per alimentare un liquido o un gas, detto liquido e/o detto gas comprendendo un materiale di scarto, o una combinazione di detto liquido e detto gas, al di sotto di detto battente di detto residuo sostanzialmente liquido.
10. 10. Un apparato secondo la rivendicazione 9, in cui – detti mezzi per alimentare un materiale di scarto sfuso e sostanzialmente solido comprendono una coclea avente un profilo adatto a impegnare detto condotto di alimentazione in modo che detto materiale di scarto sfuso e sostanzialmente solido viene compresso formando un tappo atto ad opporre tenuta ad un passaggio di gas lungo detto condotto quando detto materiale di scarto à ̈ alimentato in detto contenitore attraverso detto condotto d’ingresso, – detti mezzi per alimentare un liquido o un gas o una miscela di gas e liquido comprendono un condotto attraversante una parete di detto contenitore e disposto ad un livello al di sotto di detto battente.
11. 11. Un apparato secondo la rivendicazione 8, in cui detti mezzi per estrarre una parte di detto residuo sostanzialmente liquido da detto contenitore comprendono – un foro di uscita di detto contenitore – mezzi per rompere un tappo formato da una quantità detto residuo sostanzialmente liquido solidificato in detto foro di uscita, detti mezzi essendo scelti tra: – mezzi girevoli o alternativi associati con mezzi di rilevazione di rottura – una coclea disposta entro un condotto di uscita, detto condotto di uscita essendo disposto attraverso una parete di detto contenitore, detta coclea essendo mantenuta in una posizione predeterminata entro detto condotto di uscita da un’otturazione formata da una quantità solidificata di detto residuo sostanzialmente liquido, , detta coclea essendo atta ad facilitare detta estrazione mediante una rotazione assegnata verso l’interno di detto contenitore,.
12. 12. Un apparato secondo la rivendicazione 8, in cui detto contenitore comprende – una pluralità di conduttori elettrici, in particolare due elettrodi, – mezzi per mantenere una differenza di potenziale predeterminata tra due di detti conduttori di detta pluralità, in modo da generare dette scariche in una regione sommersa da detto residuo sostanzialmente liquido, dette scariche avendo un’intensità ed una frequenza, detta intensità e detta frequenza variando secondo tale differenza di potenziale.
13. 13. Un apparato secondo la rivendicazione 12, comprendente – mezzi per rilevare una portata di alimentazione di detto materiale di scarto in detto contenitore – mezzi per variare detta differenza di potenziale in base a detta portata tali che un apporto di calore associato a tali scariche può essere variato in base a detta portata per mezzo di variazioni di detta differenza di potenziale.
14. 14. Un apparato secondo la rivendicazione 12, in cui detti conduttori elettrici sono elettrodi consumabili formati da una pluralità di elemento sostanzialmente lineari, ciascuno di tali elementi avendo estremità, in particolare estremità filettate atte a consentire impegno reciproco tra elementi, in cui sono previsti mezzi per ripristinare una porzione consumata di detti elettrodi, detti mezzi comprendendo – una sede per posizionare uno di detti elementi a detta estremità di detto elettrodo, – un attuatore per provocare un avanzamento di elettrodo attraverso detta parete di detto contenitore, – un elemento atto ad opporre tenuta ad un passaggio di gas in detto contenitore durante detto avanzamento.
15. 15. Un apparato secondo la rivendicazione 8, in cui sono previsti mezzi di purificazione per rimuovere acido solfidrico da detto gas estratto, in particolare mezzi per contattare detto gas con una soluzione di ossidi o sali ferrosi.