ITRM20110137A1 - PROCESS OF PYROGENIFICATION FOR THE TREATMENT OF SOLID ORGANIC MATERIALS - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
dell'invenzione industriale dal titolo: of the industrial invention entitled:
PROCEDIMENTO DI PIROGASSIFICAZIONE PER IL TRATTAMENTO DI MATERIALI ORGANICI SOLIDI, PYROGASIFICATION PROCESS FOR THE TREATMENT OF SOLID ORGANIC MATERIALS,
TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION
L’invenzione riguarda il settore dei processi industriali di trattamento di materiali organici solidi, eseguiti mediante procedimento di pirogassificazione. The invention relates to the sector of industrial processes for the treatment of solid organic materials, performed by means of a pyrogasification process.
Più in dettaglio concerne un procedimento di pirogassificazione per il trattamento di materiali organici solidi in genere, di rifiuti solidi urbani ed altri materiali di scarto, realizzato a fasi disgiunte, gestibili singolarmente ed in maniera indipendente. More in detail, it concerns a pyrogasification process for the treatment of solid organic materials in general, urban solid waste and other waste materials, carried out in separate phases, which can be managed individually and independently.
E’ ampiamente noto l’utilizzo di procedimenti di pirogassificazione nell’ambito dello smaltimento di materiali organici solidi, quali biomasse vegetali residuali, composte da scarti agricoli o di potatura, di rifiuti solidi urbani in genere, o di altre tipologie di materiali quali combustibili da rifiuti, pneumatici esauriti, car fluff, materiali plastici ed altro. It is widely known the use of pyrogasification procedures in the disposal of solid organic materials, such as residual vegetable biomass, composed of agricultural or pruning waste, solid urban waste in general, or other types of materials such as fuel from waste, spent tires, car fluff, plastic materials and more.
E’ inoltre noto l’utilizzo dei procedimenti di pirogassificazione nell’ambito della produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili, per mezzo del trattamento termico di biomasse vegetali residuali, o appositamente coltivate, di rifiuti solidi urbani in genere, o di altre tipologie di materiali quali combustibili da rifiuti, pneumatici esauriti, car fluff, materiali plastici ed altro. It is also known the use of pyrogasification procedures in the production of electricity from renewable sources, by means of the thermal treatment of residual or specially cultivated plant biomass, solid urban waste in general, or other types of materials. such as waste fuels, spent tires, car fluff, plastics and more.
Un procedimento di pirogassificazione consiste sostanzialmente in un processo di pirolisi del materiale trattato, seguito da un processo di gassificazione del materiale carbonioso da esso derivante. A pyrogasification process basically consists of a pyrolysis process of the treated material, followed by a gasification process of the carbonaceous material deriving from it.
Il processo di pirolisi, eseguito riscaldando il materiale trattato a temperature comprese tra i 400 °C e gli 800 °C, ed in forte carenza di ossigeno, ne provoca la scissione in: The pyrolysis process, performed by heating the treated material to temperatures between 400 ° C and 800 ° C, and in severe oxygen deficiency, causes it to split into:
idrocarburi gassosi, definiti comunemente gas di pirolisi, costituiti prevalentemente da idrogeno, monossido di carbonio, anidride carbonica, idrocarburi leggeri; gaseous hydrocarbons, commonly defined pyrolysis gases, consisting mainly of hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, light hydrocarbons;
idrocarburi solidi a base carboniosa; solid carbonaceous hydrocarbons;
idrocarburi liquidi, contenenti sostanze organiche quali alcoli, chetoni, idrocarburi condensabili; liquid hydrocarbons, containing organic substances such as alcohols, ketones, condensable hydrocarbons;
in proporzioni dipendenti dal metodo di pirolisi utilizzato (pirolisi veloce, lenta, convenzionale) e dai parametri di reazione dello specifico materiale trattato. in proportions dependent on the pyrolysis method used (fast, slow, conventional pyrolysis) and on the reaction parameters of the specific material treated.
Nell’ottica della pirogassificazione, la tipologia preferita di pirolisi è quella lenta, ossia eseguita a temperature relativamente basse e con lungo tempo di esecuzione, in quanto contraddistinta dalla massima produzione di idrocarburi solidi a base carboniosa. Il successivo processo di gassificazione, eseguito attraverso la parziale combustione del detto materiale carbonioso a temperature comprese tra gli 800 °C ed i 1100 ^C, ed in presenza di limitate quantità di un comburente quale ossigeno, aria atmosferica, vapore, o miscele di tali elementi, ne provoca la conversione in: From the perspective of pyrogasification, the preferred type of pyrolysis is the slow one, that is performed at relatively low temperatures and with a long execution time, as it is characterized by the maximum production of solid carbonaceous hydrocarbons. The subsequent gasification process, carried out through the partial combustion of said carbonaceous material at temperatures between 800 ° C and 1100 ° C, and in the presence of limited quantities of a comburent such as oxygen, atmospheric air, steam, or mixtures thereof elements, causes their conversion into:
un gas di sintesi (syngas), costituito da una miscela di ossido di carbonio, anidride carbonica, idrogeno, metano, vapore acqueo, ed eventuali idrocarburi leggeri, utilizzabile per la combustione in caldaie, o direttamente per l’alimentazione di unità di generazione elettrica (turbine, motori endotermici, ecc); un residuo solido, costituito dalla frazione inerte del materiale trattato, comprendente ceneri, e carboni vari, utilizzabili nell’industria chimica o come combustibili da riscaldamento. Di conseguenza un procedimento di pirogassificazione eseguito su materiali organici solidi, quali biomasse vegetali residuali, o coltivate appositamente, su rifiuti solidi urbani in genere, o su altre tipologie di materiali quali combustibili da rifiuti, pneumatici esauriti, car fluff, materiali plastici ed altro, comprende di norma: a synthesis gas (syngas), consisting of a mixture of carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, methane, water vapor, and any light hydrocarbons, usable for combustion in boilers, or directly for powering electrical generation units (turbines, endothermic engines, etc.); a solid residue, consisting of the inert fraction of the treated material, including ashes, and various coals, which can be used in the chemical industry or as heating fuels. Consequently, a pyrogasification process carried out on solid organic materials, such as residual or specially cultivated plant biomass, on solid urban waste in general, or on other types of materials such as waste fuels, spent tires, car fluff, plastic materials and more, usually includes:
- un’eventuale fase preliminare di essiccazione del materiale da trattare, atta a determinare l’eliminazione dell’umidità in eccesso in esso contenuta; - a possible preliminary drying phase of the material to be treated, aimed at determining the elimination of excess moisture contained in it;
- una fase di pirolisi di tale materiale, atta a determinarne la scissione in una miscela di gas e vapori di pirolisi ed in un materiale carbonioso solido; - a step of pyrolysis of this material, suitable to determine its splitting into a mixture of gases and pyrolysis vapors and into a solid carbonaceous material;
- una fase di gassificazione di tale materiale carbonioso, atta a determinarne la conversione in un gas di sintesi (syngas). - a gasification step of this carbonaceous material, suitable for determining its conversion into a synthesis gas (syngas).
Secondo l’attuale stato dell’arte, le singole fasi del procedimento suddescritto sono eseguite sequenzialmente, secondo un ciclo chiuso, in zone differenziate di un unico reattore di processo, o in più reattori collegati reciprocamente, in ciclo chiuso. According to the current state of the art, the individual steps of the aforementioned procedure are carried out sequentially, according to a closed cycle, in differentiated areas of a single process reactor, or in multiple reactors connected to each other, in a closed cycle.
Tale metodica presenta numerose ed importanti limitazioni: This method has numerous and important limitations:
l’eventuale fase di essiccazione del materiale da trattare richiede lunghi tempi di esecuzione ed un elevato dispendio energetico, e determina inoltre la formazione di elevati quantitativi di prodotti organici condensabili (TAR), in grado di influenzare negativamente la qualità del syngas ottenibile al termine del procedimento; the possible drying phase of the material to be treated requires long execution times and a high energy expenditure, and also determines the formation of high quantities of condensable organic products (TAR), capable of negatively affecting the quality of the syngas obtainable at the end of the method;
il ciclo chiuso delle fasi di essiccazione-pirolisi-gassificazione rende impossibile regolare una singola fase senza influire pesantemente sulle altre; the closed cycle of the drying-pyrolysis-gasification phases makes it impossible to regulate a single phase without heavily influencing the others;
il ciclo chiuso delle fasi di essiccazione-pirolisi-gassificazione rende impossibile il trattamento contemporaneo di materiali di processo di differente tipologia; the closed cycle of the drying-pyrolysis-gasification phases makes the simultaneous treatment of different types of process materials impossible;
il ciclo chiuso delle fasi di essiccazione-pirolisi-gassificazione rende difficoltoso variare il quantitativo di syngas, o di carbone combustibile, ottenibile al termine del procedimento, in funzione dell’effettiva richiesta commerciale di tali prodotti. the closed cycle of the drying-pyrolysis-gasification phases makes it difficult to vary the amount of syngas, or combustible coal, obtainable at the end of the process, depending on the actual commercial demand for these products.
E’ scopo della presente invenzione il superamento delle limitazioni suesposte. The purpose of the present invention is to overcome the limitations set out above.
E’ scopo della presente invenzione la realizzazione di un procedimento di pirogassificazione a fasi di processo separate, gestibili in modo disgiunto per mezzo di apparati distinti, reciprocamente interdipendenti. The purpose of the present invention is the realization of a pyrogasification process with separate process phases, which can be managed separately by means of distinct, mutually interdependent apparatuses.
Lo scopo è raggiunto con un procedimento di pirogassificazione per il trattamento di materiali organici solidi, comprendente le fasi seguenti: The purpose is achieved with a pyrogasification process for the treatment of solid organic materials, comprising the following steps:
- introduzione nel procedimento di un primo materiale di processo; - introduction into the process of a first process material;
- essiccazione di tale primo materiale di processo; - drying of this first process material;
- separazione di tale primo materiale di processo essiccato dai relativi fumi di essiccazione; - separation of this first dried process material from the related drying fumes;
caratterizzato dal fatto che comprende le fasi di: characterized by the fact that it includes the phases of:
- controllo della temperatura dei fumi di combustione, e dei fumi di essiccazione del detto primo materiale di processo; - control of the temperature of the combustion fumes and of the drying fumes of said first process material;
- pirolisi lenta eseguita sul primo materiale di processo; - slow pyrolysis performed on the first process material;
- gassificazione; - gasification;
ove dette fasi di essiccazione, pirolisi e gassificazione sono condotte in apparecchiature separate e gestibili in maniera disgiunta. where said drying, pyrolysis and gasification phases are carried out in separate equipment that can be managed separately.
Ulteriori fasi e varianti del procedimento sono descritte nelle rivendicazioni dipendenti. Further steps and variants of the method are described in the dependent claims.
La separazione delle fasi di essiccazione, pirolisi, e gassificazione costituenti il sopracitato procedimento di pirogassificazione, con l’utilizzo di un ciclo aperto, comporta il vantaggio di poter controllare le medesime singolarmente, ed in maniera più efficace, consentendone inoltre le migliori ottimizzazioni nell’ottica dell’ottenimento di un syngas, o di un carbone combustibile, di elevata qualità, e nel quantitativo desiderato, difficilmente ottenibile con i metodi tradizionali. The separation of the drying, pyrolysis, and gasification phases constituting the aforementioned pyrogasification process, with the use of an open cycle, has the advantage of being able to control them individually, and more effectively, also allowing the best optimizations in the optics of obtaining a high quality syngas, or combustible coal, and in the desired quantity, difficult to obtain with traditional methods.
Detto procedimento consente inoltre il trattamento contemporaneo di materiali di processo di differente tipologia. Said procedure also allows the simultaneous treatment of process materials of different types.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione più dettagliata esposta nel seguito, con l’aiuto dei disegni che ne mostrano un modo d’esecuzione preferito, illustrato a titolo esemplificativo e non limitativo. Further features and advantages of the invention will become more evident from the more detailed description set out below, with the help of the drawings that show a preferred method of execution, illustrated by way of non-limiting example.
L’acclusa fig. 1 mostra, in schematizzazione a blocchi, l’insieme delle singole fasi costituenti un procedimento di pirogassificazione, secondo l’invenzione. The enclosed fig. 1 shows, in block diagram, the set of individual phases making up a pyrogasification process, according to the invention.
Con riferimento ai particolari della fig. 1 , il suddetto procedimento di pirogassificazione comprende essenzialmente: With reference to the details of fig. 1, the aforementioned pyrogasification process essentially comprises:
una fase di introduzione 1 nel procedimento di un primo materiale di processo M1 da trattare; a step 1 for introducing a first process material M1 to be treated in the process;
una fase di essiccazione 2 di tale materiale di processo M1 , eseguita per mezzo dei fumi di combustione FC derivanti dalla fase di alimentazione termica del processo di pirolisi funzionale al procedimento, atta a riportarne la relativa umidità a valori compresi tra il 5% ed il 20% del peso complessivo, allo scopo di ridurre il livello di energia termica necessario per il trattamento di tale materiale, ed inoltre ottimizzare la qualità del syngas S prodotto, attraverso la riduzione del quantitativo di vapore acqueo in esso contenuto; a drying phase 2 of this process material M1, carried out by means of the combustion fumes FC deriving from the thermal feeding phase of the pyrolysis process functional to the process, capable of bringing its relative humidity to values between 5% and 20 % of the total weight, in order to reduce the level of thermal energy necessary for the treatment of this material, and also to optimize the quality of the syngas S produced, by reducing the quantity of water vapor contained in it;
fasi di controllo 3’, 3”, eseguite rispettivamente sulla temperatura dei fumi di combustione FC impiegati nella fase di essiccazione 2 del materiale di processo M1 , e sui fumi di essiccazione FE da essa derivanti, funzionali all’attivazione di una fase raffreddamento dei detti fumi di combustione FC, allo scopo di mantenere costanti i valori di temperatura di processo di tali fumi FC-FE, evitandone nel contempo il superamento dei relativi valori di sicurezza, in modo tale da ottimizzare il trattamento di essiccazione del materiale di processo M1 , prevenendo l’accidentale combustione dello stesso, e di conseguenza l’alterazione delle successive fasi del procedimento; control phases 3 ', 3 ", respectively carried out on the temperature of the combustion fumes FC used in the drying phase 2 of the process material M1, and on the drying fumes FE deriving from it, functional to the activation of a cooling phase of the said combustion fumes FC, in order to keep the process temperature values of these fumes FC-FE constant, while at the same time preventing them from exceeding the relative safety values, in such a way as to optimize the drying treatment of the process material M1, preventing the accidental combustion of the same, and consequently the alteration of the subsequent phases of the procedure;
un’eventuale fase di raffreddamento rapido 4 dei detti fumi di combustione FC, atta a mantenere costanti i valori di temperatura di processo dei fumi FC-FE, evitandone nel contempo il superamento dei relativi valori di sicurezza, eseguita per mezzo della nebulizzazione di acqua AQ in detti fumi di combustione FC, a seguito del rilevamento di temperature critiche ad opera delle suddette fasi di controllo 3’, 3”; a possible rapid cooling phase 4 of said combustion fumes FC, designed to keep the process temperature values of the fumes FC-FE constant, while at the same time preventing them from exceeding the relative safety values, carried out by means of the atomization of water AQ in said combustion fumes FC, following the detection of critical temperatures by the aforementioned control phases 3 ', 3 ”;
una fase di separazione 5 del materiale di processo M1 essiccato dai relativi fumi di essiccazione FE, seguita da una fase di espulsione 6 in atmosfera degli stessi, previa eventuale fase di depurazione 7; a phase of separation 5 of the process material M1 dried from the relative drying fumes FE, followed by a phase of expulsion 6 into the atmosphere of the same, after an eventual purification phase 7;
un’eventuale fase di introduzione 8 nel procedimento di un secondo materiale di processo M2, dotato di caratteristiche chimico-fisiche che non ne richiedano la sopracitata fase di essiccazione 2; a possible introduction phase 8 in the process of a second process material M2, with chemical-physical characteristics that do not require the aforementioned drying phase 2;
una fase di alimentazione termica 9 del processo di pirolisi 10 dei materiali di processo M1 e/o M2, eseguita per mezzo di un apposito materiale combustibile CM e/o di materiali di processo di scarsa qualità, o presenti in quantitativi eccedenti le necessità di produzione; a thermal feeding step 9 of the pyrolysis process 10 of the process materials M1 and / or M2, carried out by means of a suitable combustible material CM and / or of poor quality process materials, or present in quantities exceeding the production needs ;
una fase di pirolisi lenta 10 del detto materiale di processo M1 essiccato, del detto materiale di processo M2 secco, o di loro miscele, eseguita a temperature comprese tra i 300°C ed i 700°C, in assenza di ossigeno, atta a determinarne la scissione in gas, e vapori, di pirolisi GP ed in un materiale carbonioso MC, le cui caratteristiche chimico-fisiche sono strettamente dipendenti dallo specifico materiale di processo utilizzato; un’eventuale fase di regolazione 11 della temperatura dei fumi di combustione FC derivanti dalla fase di alimentazione termica 9 della detta fase di pirolisi lenta 10, ed impiegati nella fase di essiccazione 2 del detto materiale di processo M1 , eseguita mediante l’addizionamento degli stessi con aria atmosferica AR; a slow pyrolysis step 10 of the said dried process material M1, of the said dry process material M2, or of their mixtures, carried out at temperatures between 300 ° C and 700 ° C, in the absence of oxygen, capable of determining the splitting into gases and vapors of pyrolysis GP and into a carbonaceous material MC, whose chemical-physical characteristics are strictly dependent on the specific process material used; a possible step 11 for regulating the temperature of the combustion fumes FC deriving from the thermal feeding step 9 of the said slow pyrolysis step 10, and used in the drying step 2 of the said process material M1, carried out by adding them with atmospheric air AR;
un’eventuale fase di convogliamento 12, parziale o totale, dei detti fumi di combustione FC direttamente verso la fase di separazione 5, al fine di evitarne, o limitarne, l’utilizzo nella fase di essiccazione 2 del materiale di processo M1 , mantenendo inalterata la fase di espulsione 6 degli stessi, in atmosfera, previa eventuale fase di depurazione 7; a possible partial or total conveying phase 12 of the said combustion fumes FC directly towards the separation phase 5, in order to avoid, or limit, their use in the drying phase 2 of the process material M1, keeping unchanged the expulsion phase 6 of the same, into the atmosphere, after any purification phase 7;
un’eventuale fase di scarico di emergenza 13, in atmosfera, dei detti fumi di combustione FC, eseguita a seguito del rilevamento di temperature critiche durante le summenzionate fasi di controllo 3’, 3”, o in caso di problematiche inerenti la fase di essiccazione 2 del materiale di processo M1 , o le fasi del procedimento successive alla medesima; a possible emergency discharge phase 13, into the atmosphere, of the said combustion fumes FC, carried out following the detection of critical temperatures during the aforementioned control phases 3 ', 3 ", or in the event of problems relating to the drying phase 2 of the process material M1, or the subsequent steps of the process;
una prima fase di gassificazione 14, eseguita sul materiale carbonioso MC originato dalla sopracitata fase di pirolisi lenta 10, a temperature comprese tra i 700 °C ed i HOOO ed in presenza di ridotte quantità di un comburente CB quale ossigeno, aria atmosferica, vapore, o miscele di tali elementi, atta a massimizzare la produzione del syngas S a discapito della qualità, e della quantità, del carbone combustibile C, a seguito della partecipazione dello stesso nella reazione di gassificazione summenzionata; a first gasification step 14, carried out on the carbonaceous material MC originating from the aforementioned slow pyrolysis step 10, at temperatures between 700 ° C and HOOO and in the presence of small quantities of a comburent CB such as oxygen, atmospheric air, steam, o mixtures of these elements, capable of maximizing the production of syngas S to the detriment of the quality and quantity of the fuel coal C, following its participation in the aforementioned gasification reaction;
una seconda fase di gassificazione 15, alternativa alla precedente, eseguita sui gas, e sui vapori, di pirolisi GP originati dalla sopracitata fase di pirolisi lenta 10, a temperature comprese tra i 700 °C ed i 1100°C ed in presenza di ridotte quantità di un comburente CB quale ossigeno, aria atmosferica, vapore, o miscele di tali elementi, atta a massimizzare la produzione del carbone combustibile C a discapito della qualità, e della quantità, del syngas S; a second gasification phase 15, alternative to the previous one, performed on the gases and vapors of pyrolysis GP originating from the aforementioned slow pyrolysis phase 10, at temperatures between 700 ° C and 1100 ° C and in the presence of small quantities of a comburent CB such as oxygen, atmospheric air, steam, or mixtures of these elements, able to maximize the production of the combustible coal C to the detriment of the quality and quantity of the syngas S;
una fase di scaricamento 16 del syngas S prodotto, seguita da eventuali fasi di raffreddamento, purificazione, e stoccaggio dello stesso; a phase of unloading 16 of the syngas S produced, followed by possible phases of cooling, purification, and storage of the same;
una fase di scaricamento 17 del carbone combustibile C prodotto, seguita da eventuali fasi di raffreddamento e stoccaggio dello stesso. a phase 17 of unloading the produced combustible coal C, followed by possible phases of cooling and storage of the same.
un’eventuale fase di reimpiego 18 di tale carbone combustibile C, e delle ceneri derivanti dalle suddette fasi di gassificazione 14, 15, nella fase di alimentazione termica 9 della fase di pirolisi lenta 10 dei materiali di processo M1 e/o M2; a possible re-use phase 18 of such combustible coal C, and of the ashes deriving from the aforementioned gasification phases 14, 15, in the thermal feeding phase 9 of the slow pyrolysis phase 10 of the process materials M1 and / or M2;
una fase di scaricamento e raccolta 19 delle ceneri CE, derivanti dalla combustione del materiale CM utilizzato nella fase di alimentazione termica 9 della fase di pirolisi lenta 10 dei suddetti materiali di processo M1 e/o M2. a discharge and collection step 19 of the ashes CE, deriving from the combustion of the material CM used in the thermal feed step 9 of the slow pyrolysis step 10 of the aforementioned process materials M1 and / or M2.
Conformemente all’invenzione il procedimento di pirogassificazione sopradescritto prevede una fase 1 di introduzione nello stesso di un primo materiale di processo M1 , composto da materiali organici solidi, rifiuti urbani solidi in genere, o altre tipologie di materiali. In accordance with the invention, the pyrogasification process described above provides for a phase 1 of introducing a first process material M1 into it, consisting of solid organic materials, solid urban waste in general, or other types of materials.
Tale materiale M1 è sottoposto ad una fase 2 di essiccazione, eseguita per mezzo dei fumi di combustione FC derivanti dalla fase di alimentazione termica 9 del processo di pirolisi funzionale al procedimento, atta a riportarne la relativa umidità a valori compresi tra il 5% ed il 20% del peso complessivo, allo scopo di ridurre il livello di energia termica necessario per il trattamento di tale materiale, ed inoltre ottimizzare la qualità del syngas S prodotto, attraverso la riduzione del quantitativo di vapore acqueo in esso contenuto. This material M1 is subjected to a drying phase 2, carried out by means of the combustion fumes FC deriving from the thermal feeding phase 9 of the pyrolysis process functional to the process, aimed at bringing its relative humidity to values between 5% and 20% of the total weight, in order to reduce the level of thermal energy necessary for the treatment of this material, and also to optimize the quality of the syngas S produced, by reducing the quantity of water vapor it contains.
Adeguate fasi di controllo 3’, 3” provvedono al rilevamento della temperatura dei fumi di combustione FC impiegati nella fase di essiccazione 2 del materiale di processo M1 , e dei fumi di essiccazione FE da essa derivanti, mantenendone costanti i rispettivi valori di processo e di sicurezza attraverso l’attivazione di un’apposita fase di raffreddamento rapido 4 dei detti fumi di combustione FC che, eseguita per mezzo della nebulizzazione di acqua AQ nei medesimi, risulta in grado di ottimizzare il trattamento di essiccazione del suddetto materiale di processo M1 , e di prevenire l’accidentale combustione dello stesso e, di conseguenza, l’alterazione delle successive fasi del procedimento. Appropriate 3 ', 3 "control phases detect the temperature of the combustion fumes FC used in the drying phase 2 of the process material M1, and of the resulting drying fumes FE, keeping the respective process and temperature values constant. safety through the activation of a special rapid cooling phase 4 of the said combustion fumes FC which, carried out by means of the nebulization of water AQ in the same, is able to optimize the drying treatment of the aforementioned process material M1, and to prevent the accidental combustion of the same and, consequently, the alteration of the subsequent phases of the procedure.
Superate le suddescritte fasi di controllo 3’, 3”, i detti fumi di essiccazione FE subiscono quindi una fase di separazione 5 dal materiale di processo M1 essiccato, seguita da una fase di espulsione 6 in atmosfera di medesimi, previa eventuale fase di depurazione 7. Having passed the aforementioned control phases 3 ', 3 ", the said drying fumes FE then undergo a separation phase 5 from the dried process material M1, followed by a phase of expulsion 6 into the atmosphere of the same, after a possible purification phase 7 .
Detto materiale di processo M1 essiccato potrà essere eventualmente addizionato con un secondo materiale di processo M2, dotato di caratteristiche chimico-fisiche tali da non richiedere la sopracitata fase di essiccazione 2, per mezzo di un’apposita fase 8 atta a consentirne l’introduzione nel procedimento di pirogassificazione. Said dried process material M1 may possibly be added with a second process material M2, with chemical-physical characteristics such as not to require the aforementioned drying phase 2, by means of a specific phase 8 suitable for allowing its introduction into the pyrogasification process.
Ovviamente, il suddetto procedimento consente il trattamento del solo materiale di processo M1 , di tale materiale di processo M1 addizionato con il sopracitato secondo materiale di processo M2, o anche del solo materiale di processo M2, svincolando il procedimento dall’utilizzo di una specifica tipologia di materiale. Obviously, the aforementioned procedure allows the treatment of only process material M1, of this process material M1 added with the aforementioned second process material M2, or even of only process material M2, freeing the process from the use of a specific type of material.
Di conseguenza, il materiale di processo M1 essiccato, il materiale di processo M2 secco, o un’eventuale miscela di tali elementi, subisce una fase di pirolisi lenta 10, eseguita a temperature comprese tra i 300°C ed i ΤΟΟΌ ed in assenza di ossigeno, atta a determinarne la scissione in gas, e vapori, di pirolisi GP ed in un materiale carbonioso MC, le cui caratteristiche chimico-fisiche sono strettamente dipendenti dallo specifico materiale di processo utilizzato. Consequently, the dried process material M1, the dry process material M2, or any mixture of these elements, undergoes a slow pyrolysis step 10, carried out at temperatures between 300 ° C and i ΤΟΟΌ and in the absence of oxygen, capable of determining the splitting into gases and vapors of pyrolysis GP and into a carbonaceous material MC, whose chemical-physical characteristics are strictly dependent on the specific process material used.
Tale fase di pirolisi lenta 10 è supportata da un’apposita fase di alimentazione termica 9 eseguita attraverso il riscaldamento indiretto dei materiali di processo M1 e/o M2, determinato per mezzo di un apposito materiale combustibile CM e/o di materiali di processo di scarsa qualità, o presenti in quantitativi eccedenti le necessita di produzione. This slow pyrolysis phase 10 is supported by a special thermal feeding phase 9 performed through the indirect heating of the process materials M1 and / or M2, determined by means of a suitable combustible material CM and / or of low-quality process materials. quality, or present in quantities exceeding the production needs.
I fumi di combustione FC, derivanti da tale fase di alimentazione termica 9, possono subire all’occorrenza una fase di regolazione 11 della temperatura, eseguita mediante l’addizionamento degli stessi con aria atmosferica AR, prima di essere impiegati nella fase di essiccazione 2 del materiale di processo M1. The combustion fumes FC, deriving from this thermal supply phase 9, can undergo, if necessary, a temperature regulation phase 11, carried out by adding them with atmospheric air AR, before being used in the drying phase 2 of the process material M1.
Tali fumi di combustione FC possono subire un’eventuale fase di convogliamento 12, parziale o totale, direttamente verso la fase di separazione 5, al fine di evitarne, o limitarne, l’utilizzo nella fase di essiccazione 2 del materiale di processo M1 , mantenendo inalterata la fase di espulsione 6 degli stessi, in atmosfera, previa eventuale fase di depurazione 7. These combustion fumes FC can undergo a possible partial or total conveying phase 12 directly towards the separation phase 5, in order to avoid or limit their use in the drying phase 2 of the process material M1, maintaining unaltered the expulsion phase 6 of the same, into the atmosphere, after any purification phase 7.
Tali fumi di combustione FC possono inoltre subire un’eventuale fase di scarico di emergenza 13, in atmosfera, eseguita a seguito del rilevamento di temperature critiche durante le summenzionate fasi di controllo 3’, 3”, o in caso di problematiche inerenti la fase di essiccazione 2 del materiale di processo M1 , o le fasi del procedimento successive alla medesima. These FC combustion fumes can also undergo a possible emergency discharge phase 13, into the atmosphere, carried out following the detection of critical temperatures during the aforementioned control phases 3 ', 3 ", or in the event of problems inherent to the drying 2 of the process material M1, or the subsequent process steps thereto.
Il procedimento prevede quindi una prima fase di gassificazione 14, eseguita per mezzo dell’Immissione nel materiale carbonioso MC di un comburente CB, quale ossigeno, aria atmosferica, vapore, o miscele di tali elementi, in quantità sufficienti a determinare la parziale combustione del detto materiale MC e dei gas, e vapori, di pirolisi GP, determinando l’innalzamento della la temperatura generale di tale fase di processo a valori superiori ai Ι ΟΟΟΌ. The procedure therefore provides for a first gasification step 14, carried out by means of the introduction into the carbonaceous material MC of a comburent CB, such as oxygen, atmospheric air, steam, or mixtures of these elements, in quantities sufficient to determine the partial combustion of said element. material MC and the gases and vapors of pyrolysis GP, causing the general temperature of this process phase to rise to values higher than Ι ΟΟΟΌ.
In tali condizioni, il vapore acqueo derivante dall’evaporazione dell’acqua residua presente negli elementi succitati, e dalla combustione degli stessi, determina le reazioni di reforming, e di parziale ossidazione, del carbonio contenuto nei detti gas, e vapori, di pirolisi GP, e di conseguenza la formazione del syngas S. In these conditions, the water vapor deriving from the evaporation of the residual water present in the aforementioned elements, and from their combustion, determines the reforming and partial oxidation reactions of the carbon contained in the said gases and vapors of pyrolysis GP , and consequently the formation of the syngas S.
Tale syngas S risulterà contraddistinto da un potere calorifico superiore alla media, in quanto la ridotta quantità di comburente CB, ed in particolare di aria atmosferica, utilizzato per la produzione dello stesso, ne determina il contenuto di bassi livelli di azoto, e di conseguenza una scarsa diluizione ad opera di tale elemento. This syngas S will be characterized by a calorific value higher than the average, as the reduced quantity of combustive CB, and in particular of atmospheric air, used for its production, determines the content of low nitrogen levels, and consequently a poor dilution by this element.
Il carbone combustibile C ottenuto risulterà invece di modesta qualità in quanto parzialmente combusto ai fini della stessa fase di gassificazione 14. The combustible coal C obtained, on the other hand, will be of modest quality as it is partially burned for the purposes of the same gasification phase 14.
Il procedimento prevede inoltre una seconda fase di gassificazione 15, alternativa alla prima, eseguita per mezzo dell’immissione di un comburente CB, quale ossigeno, aria atmosferica, vapore, o miscele di tali elementi, direttamente nei gas, e vapori, di pirolisi GP, allo scopo di avviare le reazioni di reforming, di cracking, e di ossidazione del carbonio in essi contenuto, limitando così la gassificazione del materiale carbonioso MC. The process also provides for a second gasification step 15, an alternative to the first, carried out by introducing a comburent CB, such as oxygen, atmospheric air, steam, or mixtures of these elements, directly in the gases and vapors of pyrolysis GP , in order to start the reforming, cracking and oxidation reactions of the carbon contained therein, thus limiting the gasification of the carbonaceous material MC.
Tale fase di gassificazione 15 permetterà quindi di preservare la qualità del carbone combustibile C ottenuto al termine del procedimento, a discapito di un syngas S di qualità inferiore. This gasification step 15 will therefore make it possible to preserve the quality of the combustible coal C obtained at the end of the process, to the detriment of a lower quality syngas S.
A syngas S e carbone combustibile C ottenuti, il procedimento prevede distinte fasi 16, 17 di scaricamento dei due prodotti, seguite rispettivamente da eventuali procedure di raffreddamento, purificazione e stoccaggio degli stessi. With syngas S and combustible coal C obtained, the process provides for distinct unloading phases 16, 17 of the two products, followed respectively by possible procedures for cooling, purification and storage of the same.
Il sopradescritto procedimento di pirogassificazione prevede un’eventuale fase di reimpiego 18 del carbone combustibile C prodotto, e delle ceneri derivanti dalle suddette prima o seconda fase di gassificazione 14-15, nella fase di alimentazione termica 9 della fase di pirolisi lenta 10 dei materiali di processo M1 e/o M2. The above-described pyrogasification process envisages a possible reuse step 18 of the combustible coal C produced, and of the ashes deriving from the aforementioned first or second gasification step 14-15, in the thermal feeding step 9 of the slow pyrolysis step 10 of the process M1 and / or M2.
Il sopradescritto procedimento di pirogassificazione prevede inoltre una fase di scaricamento, e raccolta, 19 delle ceneri CE derivanti dalla combustione del materiale CM, utilizzato nella fase di alimentazione termica 9 della fase di pirolisi lenta 10 dei suddetti materiali di processo M1 e/o M2. The above-described pyrogasification process further provides for a step of unloading and collecting 19 of the ashes EC deriving from the combustion of the material CM, used in the thermal feeding step 9 of the slow pyrolysis step 10 of the aforementioned process materials M1 and / or M2.
Tale procedimento di pirogassificazione può inoltre consentire il trattamento di biomasse inquinate con sostanze organiche nocive (composti organo clorurati, composti azotati in genere, ed altro), con metalli pesanti (mercurio, cadmio, rame, ed altro), o che presentano un tenore di ceneri molto elevato e bassofondenti. This pyrogasification process can also allow the treatment of biomass polluted with harmful organic substances (organochlorinated compounds, nitrogen compounds in general, and more), with heavy metals (mercury, cadmium, copper, and more), or with a content of very high and low melting ashes.
Ciò è ottenibile attraverso un’adeguata regolazione della temperatura della fase di pirolisi dei materiali, determinata dalla relativa fase di alimentazione, e dalla temperatura e dalla tipologia della susseguente fase di gassificazione, determinata dal quantitativo, e dalla modalità di immissione, del comburente nella stessa, che permette dapprima di eliminare termicamente le sostanze organiche che volatilizzano a temperature intermedie, in modo tale da rendere i materiali trattati biologicamente stabili, e successivamente di renderne inerte il relativo residuo solido al fine di permetterne lo smaltimento in discariche controllate. This can be achieved through an adequate regulation of the temperature of the pyrolysis phase of the materials, determined by the relative feeding phase, and by the temperature and type of the subsequent gasification phase, determined by the quantity, and by the mode of introduction, of the comburent into the same. , which first allows to thermally eliminate the organic substances that volatilize at intermediate temperatures, in such a way as to make the materials treated biologically stable, and subsequently to render the relative solid residue inert in order to allow their disposal in controlled landfills.
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Citations (4)
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2011
- 2011-03-23 IT IT000137A patent/ITRM20110137A1/en unknown
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