ITTO20120513A1 - PLANT FOR THE PRODUCTION OF SYNTHESIS GASES AND GAS PRODUCTION METHOD - Google Patents
PLANT FOR THE PRODUCTION OF SYNTHESIS GASES AND GAS PRODUCTION METHOD Download PDFInfo
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Description
IMPIANTO PER LA PRODUZIONE DI GAS DI SINTESI E METODO DI PRODUZIONE DEL GAS. PLANT FOR THE PRODUCTION OF SYNTHESIS GAS AND METHOD OF GAS PRODUCTION.
La presente invenzione riguarda un impianto per la produzione di gas di sintesi o syngas da materiali preferibilmente biomasse ed ancor più preferibilmente biomassa di origine organica, attraverso i processi di pirolisi, gassificazione e reforming. The present invention relates to a plant for the production of synthesis gas or syngas from materials preferably biomass and even more preferably biomass of organic origin, through the pyrolysis, gasification and reforming processes.
È noto il processo di pirolisi il quale, a seguito del riscaldamento sostanzialmente in assenza di ossigeno, attraverso un processo di dissociazione molecolare delle sostanze immesse, preferibilmente organiche, consente di realizzare una fase solida costituita essenzialmente da carbone, una fase gassosa che comprende, in proporzioni variabili, principalmente idrocarburi. The pyrolysis process is known which, following heating substantially in the absence of oxygen, through a process of molecular dissociation of the substances introduced, preferably organic, allows the creation of a solid phase essentially consisting of coal, a gaseous phase which includes, in variable proportions, mainly hydrocarbons.
La percentuale fra fase solida e gassosa à ̈ funzione dei parametri della reazione quali ad esempio tempo di attuazione del processo e temperatura a cui avviene la reazione. The percentage between solid and gaseous phase is a function of the reaction parameters such as, for example, the process time and temperature at which the reaction takes place.
Tale processo avviene essenzialmente a temperature comprese fra i 400÷700 °C. This process essentially takes place at temperatures between 400 ÷ 700 ° C.
Gli idrocarburi compresi nella fase gassosa hanno una struttura molecolare molto complessa, con ridotto potere combustibile. The hydrocarbons included in the gas phase have a very complex molecular structure, with reduced fuel power.
È noto, inoltre, il processo di gassificazione il quale consta in un’ossidazione incompleta di un combustibile solido, in presenza di un agente gassificatore atto a cedere ossigeno, ad una temperatura compresa fra i 800÷1300 °C, e in ambiente carente di ossigeno. Furthermore, the gasification process is known which consists in an incomplete oxidation of a solid fuel, in the presence of a gasifying agent capable of releasing oxygen, at a temperature between 800 ° 1300 ° C, and in a poor environment. of oxygen.
Sono noti diverse tipologie di gassificatori, quali ad esempio sono denominati: gassificatori a letto fisso o downdraft; gassificatori a letto fluido ed i gassificatori a letto trascinato. Various types of gasifiers are known, such as, for example, they are called: fixed bed or downdraft gasifiers; fluidized bed gasifiers and entrained bed gasifiers.
Sono noti impianti piro-gassificatori, normalmente realizzati sfruttando una delle tipologie di gassificatori sopracitati, i quali comprendono in un unico involucro sia lo stadio di pirolisi sia lo stadio di gassificazione. Le due fasi non sono quindi nettamente distinguibili. Pyro-gasifier plants are known, normally made using one of the aforementioned types of gasifiers, which comprise both the pyrolysis stage and the gasification stage in a single casing. The two phases are therefore not clearly distinguishable.
È noto che tale tipologia d’impianti di pirogassificazione risulta molto instabile e difficilmente controllabile, infatti, una volta avviato l’impianto, nel caso in cui sia introdotta della biomassa con diversa densità , dimensione e tipologia, rispetto a quella prestabilita iniziale, il processo di piro-gassificazione potrebbe destabilizzarsi o addirittura interrompersi. Nel caso di interruzione del processo di piro-gassificazione à ̈ richiesto quindi di svuotare l’impianto e riportarlo a regime, con una conseguente perdita di tempo e di materia prima. It is known that this type of pyrogasification plant is very unstable and difficult to control, in fact, once the plant has been started, in the event that biomass with a different density, size and type is introduced, compared to the initial pre-established one, the pyro-gasification process could destabilize or even stop. In the event of interruption of the pyro-gasification process, it is therefore required to empty the system and bring it back to full capacity, with a consequent loss of time and raw material.
Il gas di sintesi prodotto dagli impianti dell’arte nota risulta di scarsa qualità ed à ̈ richiesto per tali impianti un’ulteriore passo di purificazione del gas sintetizzato per eliminare la componente dannosa del gas prodotto, in special modo della fase gassosa derivante dal processo di pirolisi. The synthesis gas produced by the prior art plants is of poor quality and a further purification step of the synthesized gas is required for these plants to eliminate the harmful component of the gas produced, especially the gaseous phase deriving from the pyrolysis process.
Infatti, il gas di sintesi derivante dal processo di pirolisi comprende altre sostanze le quali riducono notevolmente la qualità del gas di sintesi. Tali sostanze sono ad esempio catrame e/o il tar. In fact, the synthesis gas deriving from the pyrolysis process includes other substances which considerably reduce the quality of the synthesis gas. Such substances are for example tar and / or tar.
La presenza di tali sostanze all’interno del gas di sintesi rende lo stesso gas scarsamente applicabile per la combustione in motori, a causa dei catrami e tar, i gas di scarico derivanti dalla combustione risultano notevolmente inquinanti. The presence of these substances inside the synthesis gas makes the same gas scarcely applicable for combustion in engines, due to the tars and tar, the exhaust gases deriving from combustion are considerably polluting.
I sistemi dell’arte nota risultano inoltre condizionati dal materiale introdotto all’interno dell’impianto in quanto il processo di pirolisi richiede che il prodotto introdotto sia sufficientemente uniforme, con pezzatura prestabilita e con una percentuale di umidità prestabilita. Queste condizioni necessarie per il corretto svolgimento del processo risultano molto instabili e difficilmente controllabili, comportando così la produzione di un gas di sintesi di scarsa qualità . The systems of the prior art are also conditioned by the material introduced inside the plant as the pyrolysis process requires that the product introduced is sufficiently uniform, with a predetermined size and a predetermined percentage of humidity. These conditions necessary for the correct execution of the process are very unstable and difficult to control, thus leading to the production of a synthesis gas of poor quality.
È noto, inoltre, dal brevetto IT1352596 un impianto per lo smaltimento di rifiuti solidi il quale à ̈ costituito da un ambiente in cui avviene il processo di pirolisi, e da altri due successivi ambienti di gassificazione. In tale tipologia di gassificatore il gas di pirolisi non viene in contatto con la parte solida presente nel primo stadio di gassificazione. Sono inoltre disposti all’interno dell’ambiente di gassificazione, mezzi bruciatori per la combustione parziale della fase solida prodotta dalla fase di pirolisi. Furthermore, from patent IT1352596, a plant for the disposal of solid waste is known which consists of an environment in which the pyrolysis process takes place, and two other subsequent gasification environments. In this type of gasifier, the pyrolysis gas does not come into contact with the solid part present in the first gasification stage. Furthermore, burner means are arranged inside the gasification environment for the partial combustion of the solid phase produced by the pyrolysis phase.
La presente invenzione si propone di risolvere i problemi sopracitati, realizzando un impianto per la produzione di gas di sintesi, sfruttando i processi di pirolisi e gassificazione, ed implementando un metodo automatico di produzione dello stesso gas, al fine di ottenere un gas di sintesi di elevata qualità . The present invention aims to solve the aforementioned problems, creating a plant for the production of synthesis gas, exploiting the pyrolysis and gasification processes, and implementing an automatic production method of the same gas, in order to obtain a synthesis gas of high quality.
I processi di pirolisi e gassificazione avvengono in due ambienti distinti realizzando un impianto modulabile, in grado di controllare con elevata precisione lo svolgersi del processo per l’ottenimento di un gas di sintesi di elevata qualità . The pyrolysis and gasification processes take place in two distinct environments creating a modular plant, capable of controlling the process with high precision to obtain a high quality synthesis gas.
Un aspetto della presente invenzione riguarda un impianto per la produzione di gas di sintesi, con le caratteristiche dell’allegata rivendicazione 1. An aspect of the present invention relates to a plant for the production of synthesis gas, with the characteristics of the attached claim 1.
Un ulteriore aspetto della presente invenzione riguarda un metodo per la produzione di gas di sintesi, con le caratteristiche dell’allegata rivendicazione 9. A further aspect of the present invention relates to a method for the production of synthesis gas, with the characteristics of the attached claim 9.
Le caratteristiche accessorie sono riportate nelle allegate rivendicazioni dipendenti. The accessory characteristics are reported in the attached dependent claims.
Le caratteristiche ed i vantaggi dell’impianto e del metodo di produzione associato, saranno chiari ed evidenti dalle seguente descrizione di una forma di realizzazione e dalle figure allegate le quali mostrano nel dettaglio: The characteristics and advantages of the plant and of the associated production method will be clear and evident from the following description of an embodiment and from the attached figures which show in detail:
• le figure 1A e 1B mostrano l’impianto secondo la presente invenzione, in particolare la figura 1A, l’impianto in una vista prospettica, la figura 1B in sezione in una vista frontale l’impianto per la produzione di gas di sintesi secondo la presente invenzione; â € ¢ Figures 1A and 1B show the plant according to the present invention, in particular Figure 1A, the plant in a perspective view, Figure 1B in section in a front view, the plant for the production of synthesis gas according to the present invention;
• la figura 2 mostra in una sezione frontale il forno di pirolisi compreso nell’impianto di figura 1B; â € ¢ Figure 2 shows a front section of the pyrolysis oven included in the system of Figure 1B;
• la figura 3 mostra in una sezione frontale il reattore di gassificazione e reforming compreso nell’impianto di figura 1B; â € ¢ Figure 3 shows a front section of the gasification and reforming reactor included in the plant of Figure 1B;
• la figura 4 mostra in una sezione frontale il sistema di trasporto per convogliare la fase solida derivante dal processo di pirolisi, verso il reattore di gassificazione e reforming, compreso nell’impianto di figura 1B; â € ¢ figure 4 shows in a front section the transport system for conveying the solid phase deriving from the pyrolysis process, towards the gasification and reforming reactor, included in the plant of figure 1B;
• la figura 5 mostra un particolare del reattore di gassificazione, in particolare il letto di gassificazione e la vasca idraulica di contenimento; â € ¢ Figure 5 shows a detail of the gasification reactor, in particular the gasification bed and the hydraulic containment tank;
• le figure 6A e 6B illustrano il letto di gassificazione in due diverse viste, la figura 6A mostra il letto in una sezione in pianta, la figura 6B mostra il letto in una vista laterale. â € ¢ Figures 6A and 6B illustrate the gasification bed in two different views, Figure 6A shows the bed in a plan section, Figure 6B shows the bed in a side view.
• la figura 7 mostra uno schema a blocchi stilizzati dell’unità di controllo ed i dispositivi da esso operativamente connessi. â € ¢ figure 7 shows a stylized block diagram of the control unit and the devices it is operatively connected to.
Con riferimento alle citate figure, l’impianto per la produzione di gas di sintesi, comprende un forno di pirolisi 3 in cui avviene la pirolizzazione in modo continuo nel tempo di un quantitativo predeterminato di materiale, atto a generare una fase solida e una fase gassosa; un reattore di gassificazione e reforming 5, in cui avviene la gassificazione della fase solida e il reforming della fase gassosa derivante dal processo di pirolisi, preferibilmente a sviluppo verticale; un sistema di trasporto 7 per il passaggio della fase solida fra il forno di pirolisi 3 e il reattore 5 ed un condotto 4 di connessione fra il forno 3 e il reattore di gassificazione 5 per il flusso della fase gassosa. With reference to the aforementioned figures, the plant for the production of synthesis gas includes a pyrolysis oven 3 in which pyrolysis takes place continuously over time of a predetermined quantity of material, capable of generating a solid phase and a gaseous; a gasification and reforming reactor 5, in which the gasification of the solid phase and the reforming of the gas phase deriving from the pyrolysis process takes place, preferably with vertical development; a transport system 7 for the passage of the solid phase between the pyrolysis furnace 3 and the reactor 5 and a connection conduit 4 between the furnace 3 and the gasification reactor 5 for the flow of the gaseous phase.
Ai fini della presente invenzione con il termine “un quantitativo predeterminato di materiale, si intende che all’interno del forno di pirolisi 3 viene inserito un quantitativo predeterminato di materiale, ad esempio biomassa, in funzione della velocità di immissione dello stesso materiale nel forno 3 da parte di un dispositivo di carico 2. Tale dispositivo di carico à ̈ controllato tramite un’unità di controllo 9, compresa nell’impianto 1, secondo la presente invenzione. For the purposes of the present invention, the term â € œa predetermined quantity of material means that a predetermined quantity of material, for example biomass, is inserted into the pyrolysis oven 3, depending on the speed of introduction of the same material into the oven 3 by a loading device 2. This loading device is controlled by means of a control unit 9, included in the system 1, according to the present invention.
Il forno di pirolisi comprende una prima coclea 31 ed una seconda coclea 32, gestita da detta unità di controllo 9, atte a controllare la velocità di pirolisi del materiale, ad esempio biomassa, in esso inserito. The pyrolysis furnace comprises a first screw 31 and a second screw 32, managed by said control unit 9, suitable for controlling the pyrolysis speed of the material, for example biomass, inserted therein.
Nella forma di realizzazione preferita dell’impianto secondo la presente invenzione viene utilizzata della biomassa, preferibilmente di origine organica. In the preferred embodiment of the plant according to the present invention, biomass is used, preferably of organic origin.
Il sistema di trasporto 7 comprende almeno un mezzo di trasporto elicoidale (71, 72), gestito da detta unità di controllo 9, atte a regolare l’afflusso di fase solida al reattore 5. The transport system 7 comprises at least one helical transport means (71, 72), managed by said control unit 9, suitable for regulating the solid phase inflow to the reactor 5.
Il sistema comprende almeno un punto d’immissione della fase gassosa “A†, il quale à ̈ al più a livello di un letto di gassificazione 51, compreso nel reattore 5, su cui giace la fase solida. Tale disposizione obbliga la fase gassosa, generatasi nel forno di pirolisi 3, a transitare attraverso la fase solida la quale à ̈ ardente. Tale passaggio forzato della fase gassosa permette di gassificare e consentire il reforming in modo ottimale della stessa fase gassosa scomponendo la molecola in molecole più brevi, più adatte ad essere bruciate nella combustione e con molecole derivanti dalla combustione semplici quali anidridi carboniche. The system includes at least one point of entry of the gas phase â € œAâ €, which is at most at the level of a gasification bed 51, included in the reactor 5, on which the solid phase lies. This arrangement forces the gaseous phase, generated in the pyrolysis oven 3, to pass through the solid phase which is burning. This forced passage of the gaseous phase allows to gasify and allow the reforming of the gaseous phase in an optimal way by breaking down the molecule into shorter molecules, more suitable for being burned in combustion and with simple molecules deriving from combustion such as carbon dioxide.
Nella forma di realizzazione preferita dell’impianto 1, illustrata ad esempio nelle figure 1A, 1B, 3 e 5, il reattore di gassificazione 5 comprende una torre di gassificazione 50, preferibilmente a sezione circolare, la quale a sua volta comprende una porzione verticale 501, con un’asse longitudinale “Z†, alla cui estremità inferiore sono comprese delle fessure 502, preferibilmente a sviluppo verticale. Detta torre di gassificazione 50 à ̈ preferibilmente costruita nella parte interna, con diametri di diversa dimensione. Eventualmente, il diametro interno della torre 50 à ̈ costante dalla base alla sommità , con proporzioni di altezza pari ad almeno due volte all’estensione longitudinale del forno di pirolisi 3. In the preferred embodiment of plant 1, illustrated for example in Figures 1A, 1B, 3 and 5, the gasification reactor 5 comprises a gasification tower 50, preferably with a circular section, which in turn comprises a vertical portion 501, with a longitudinal axis â € œZâ €, at the lower end of which there are slits 502, preferably with vertical development. Said gasification tower 50 is preferably built on the inside, with diameters of different sizes. Eventually, the internal diameter of the tower 50 is constant from the base to the top, with proportions of height equal to at least twice the longitudinal extension of the pyrolysis oven 3.
Il reattore 5, comprende inoltre una seconda porzione 503 la quale realizza una struttura coassiale o a camicia 35 in cui à ̈ posizionato il forno di pirolisi 3. The reactor 5 also comprises a second portion 503 which forms a coaxial or jacket structure 35 in which the pyrolysis oven 3 is positioned.
Detta seconda porzione 503 ha un asse longitudinale il quale si sviluppa sostanzialmente trasversalmente all’asse longitudinale “Z†della porzione verticale 501, ad esempio lungo un secondo asse “X†. Said second portion 503 has a longitudinal axis which develops substantially transversely to the longitudinal axis â € œZâ € of the vertical portion 501, for example along a second axis â € œXâ €.
Tale seconda porzione 503 à ̈ congiunta all’estremo superiore della porzione verticale 501 ed à ̈ raccordata tramite una prima sezione curva, come ad esempio illustrato in figura 1B. La seconda porzione 503 all’estremo opposto comprende un punto di prelievo o spillatura del gas di sintesi “C†prodotto dall’impianto 1, secondo la presente invenzione. This second portion 503 is joined to the upper end of the vertical portion 501 and is connected by means of a first curved section, as illustrated for example in Figure 1B. The second portion 503 at the opposite end comprises a point of withdrawal or tapping of the synthesis gas â € œCâ € produced by the plant 1, according to the present invention.
Preferibilmente, detta seconda porzione 503, dello stesso diametro della torre di gassificazione 50, comprende due sezioni rettilinee, fra loro disassate rispetto a detto asse “Z†. Tali sezioni rettilinee sono fra loro raccordate tramite una seconda sezione curva come visibile nelle figure 1B e 3. Ognuna di dette sezioni longitudinali ha un’estensione longitudinale sostanzialmente pari all’estensione longitudinale del forno di pirolisi 3. Preferably, said second portion 503, of the same diameter as the gasification tower 50, comprises two rectilinear sections, offset from each other with respect to said "Z" axis. These rectilinear sections are connected to each other by means of a second curved section as shown in figures 1B and 3. Each of said longitudinal sections has a longitudinal extension substantially equal to the longitudinal extension of the pyrolysis oven 3.
Detto letto gassificatore 51 comprendente una griglia 511 su cui giace la fase solida. La griglia 511 Ã ̈ realizzata preferibilmente in acciaio ad alta resistenza termica, quale ad esempio inconel, oppure di tipo ceramico, ad esempio allumina. Said gasifier bed 51 comprising a grid 511 on which the solid phase lies. The grid 511 is preferably made of steel with high thermal resistance, such as inconel, or of the ceramic type, for example alumina.
La griglia 511 Ã ̈ atta a sostenere la fase solida nel letto di gassificazione 51. Grid 511 is adapted to support the solid phase in the gasification bed 51.
Detto reattore 5 comprende uno strato esterno realizzato in materiale metallico “M†, ed uno strato interno realizzato in materiale refrattario “R†, preferibilmente malta cementizia refrattaria, atta a resistere a temperature superiori ai 1500°C. Said reactor 5 comprises an external layer made of metallic material â € œMâ €, and an internal layer made of refractory material â € œRâ €, preferably refractory cement mortar, capable of withstanding temperatures above 1500 ° C.
Il reattore 5 all’estremo inferiore della porzione verticale 501 à ̈ posizionato all’interno di una vasca di contenimento 52 la quale può essere riempita d’acqua. Il livello dell’acqua all’interno della vasca 52 à ̈ gestito dall’unità di controllo 9. Se il livello dell’acqua supera una predeterminata soglia, chiude ermeticamente l’ambiente interno dell’impianto 1 e del processo di pirogassificazione dall’ambiente esterno. The reactor 5 at the lower end of the vertical portion 501 is positioned inside a containment tank 52 which can be filled with water. The water level inside the tank 52 is managed by the control unit 9. If the water level exceeds a predetermined threshold, it hermetically closes the internal environment of the system 1 and pyrogasification process from the external environment.
Dette fessure 502 a sviluppo verticale consentono il passaggio di aria dall’esterno all’interno del reattore 5 se il livello dell’acqua scende al disotto dell’estremo superiore di tali fessure 502. Said vertical slots 502 allow the passage of air from the outside to the inside of the reactor 5 if the water level drops below the upper end of these slots 502.
Preferibilmente, l’impianto 1 viene assemblato in modo tale che detta vasca sia disposta al di sotto del livello del suolo “S†, e che detto letto di gassificazione 51 sia sostanzialmente al livello del suolo “S†, durante il funzionamento a regime dell’impianto. Preferably, the plant 1 is assembled in such a way that said tank is arranged below the ground level â € œSâ €, and that said gasification bed 51 is substantially at ground level â € œSâ €, during operation when the system is fully operational.
Ai fini della presente invenzione, con il termine “letto di gassificazione 51 sia sostanzialmente al livello del suolo†si intende che la griglia 511 à ̈ posta ad una quota dal suolo “S†preferibilmente pari a zero. For the purposes of the present invention, the term â € œgasification bed 51 is substantially at ground levelâ € means that the grid 511 is placed at a height from the ground â € œSâ € preferably equal to zero.
Come sopracitato, all’interno del forno di pirolisi 3 le biomasse inserite, per effetto della temperatura e della carenza di ossigeno, si dividono in una fase solida ed una gassosa. Come illustrato nelle figure 1A e 2, il forno 3 ha una forma sostanzialmente longitudinale lungo detto secondo asse “X†. Il forno 3 comprende un involucro esterno 30, di contenimento, al cui interno sono posizionate dette prima e seconda coclea (31, 32). Le coclee (31, 32) avanzano lungo assi fra loro paralleli e a loro volta paralleli a detto secondo asse “X†. Dette coclee (31, 32) sono movimentate preferibilmente tramite motori elettrici, ad esempio brushless, i quali sono controllati da detta unità di controllo 9. As mentioned above, inside the pyrolysis oven 3 the biomasses inserted, due to the effect of the temperature and the lack of oxygen, are divided into a solid and a gaseous phase. As illustrated in Figures 1A and 2, the oven 3 has a substantially longitudinal shape along said second axis â € œXâ €. The oven 3 comprises an external containment casing 30, inside which said first and second augers (31, 32) are positioned. The augers (31, 32) advance along axes parallel to each other and in turn parallel to said second axis â € œXâ €. Said augers (31, 32) are preferably moved by electric motors, for example brushless, which are controlled by said control unit 9.
Detto involucro esterno 30 ha una sezione trasversale con estensione trasversale inferiore alla dimensione trasversale della seconda porzione 503 della torre di gassificazione 50. Said outer casing 30 has a cross section with a transverse extension smaller than the transverse dimension of the second portion 503 of the gasification tower 50.
Il forno 3 à ̈ preferibilmente posto su una pluralità di sostegni 34. Tale differenza dimensionale crea la detta suddetta struttura coassiale 35. La struttura coassiale 35 consente il passaggio del gas di sintesi verso il punto di prelievo o spillatura “C†. Lo stesso gas di sintesi cedendo parte del calore intrinseco al forno di pirolisi 3, il quale a sua volta, per conduzione, scalda la biomassa in esso presente alla temperatura ideale per la realizzazione della reazione di pirolisi. The oven 3 is preferably placed on a plurality of supports 34. This dimensional difference creates the aforementioned coaxial structure 35. The coaxial structure 35 allows the synthesis gas to pass towards the sampling or tapping point â € œCâ €. The synthesis gas itself, yielding part of the intrinsic heat to the pyrolysis oven 3, which in turn, by conduction, heats the biomass present in it to the ideal temperature for carrying out the pyrolysis reaction.
Preferibilmente, all’interno del forno di pirolisi à ̈ presente una temperatura compresa fra 350 °C ed i 700°C. Preferably, inside the pyrolysis oven there is a temperature between 350 ° C and 700 ° C.
Tramite detto dispositivo di carico 2 la biomassa, prima di essere inserita nel forno di pirolosi 3, viene compressa. By means of said loading device 2 the biomass, before being inserted into the pyrolysis oven 3, is compressed.
La compressione della biomassa ha lo scopo di eliminare gradualmente l’aria e l’ossigeno nella biomassa stessa, in modo controllato, e favorire l’innesco del processo di pirolisi. Compression of the biomass has the purpose of gradually eliminating the air and oxygen in the biomass itself, in a controlled way, and favoring the initiation of the pyrolysis process.
La struttura e le caratteristiche dell’impianto, secondo la presente invenzione, permette che la biomassa introdotta all’interno del forno 3 raggiunga rapidamente una temperatura di circa 350°C. Il repentino riscaldamento della biomassa fa si che il processo di pirolisi sia svolto a temperature tali da evitare per lo più la formazione di tar o catrame, che come noto di formano a temperature inferiori ai 350°C. The structure and characteristics of the plant, according to the present invention, allow the biomass introduced into the furnace 3 to rapidly reach a temperature of about 350 ° C. The sudden heating of the biomass means that the pyrolysis process is carried out at temperatures such as to avoid mostly the formation of tar, which, as is known, form at temperatures below 350 ° C.
Il repentino surriscaldamento della biomassa à ̈ garantito dall’elevata temperatura all’interno del forno 3 e della sua stessa conformazione. Negli impianti dell’arte nota a causa della conformazione e della ridotta temperatura all’interno del forno stesso, la biomassa si riscaldava lentamente, iniziando il processo di pirolisi già a temperature inferiori a 350°C, generando così tar e catrami. The sudden overheating of the biomass is guaranteed by the high temperature inside the oven 3 and its conformation. In the plants of the known art, due to the conformation and the reduced temperature inside the furnace itself, the biomass heated up slowly, starting the pyrolysis process already at temperatures below 350 ° C, thus generating tar and tars.
Come illustrato in figura 2, detto dispositivo di carico 2 comprende una pluralità di chiuse 23, tali da impedire l’ingresso di aria all’interno del dispositivo di carico 2, una prima tramoggia 21, atta e regolare l’afflusso di biomassa ad una coclea di compattamento 22, la quale compatta la biomassa per eliminare l’aria che potrebbe essere imprigionata in bolle d’aria fra il particolato della biomassa. Il dispositivo di carico 2 permette di introdurre le biomasse nell’impianto 1 in modo controllato e continuo nel tempo, impedendo l’introduzione di aria, ed in special modo ossigeno in essa contenuto, all’interno del processo di pirolisi, ed isolare l’ambiente esterno dalle condizioni interne del forno di pirolisi 3. Tale sistema di alimentazione, per effetto compattante della coclea, genera un tappo di biomassa che alimenta in continuo il processo. As illustrated in Figure 2, said loading device 2 comprises a plurality of locks 23, such as to prevent the entry of air into the loading device 2, a first hopper 21, suitable for and regulating the inflow of biomass to a compacting screw 22, which compacts the biomass to eliminate the air that could be trapped in air bubbles among the biomass particulate. The loading device 2 allows the biomass to be introduced into the plant 1 in a controlled and continuous way over time, preventing the introduction of air, and especially the oxygen contained in it, inside the pyrolysis process, and to isolate the external environment from the internal conditions of the pyrolysis oven 3. This feeding system, due to the compacting effect of the screw, generates a biomass plug which continuously feeds the process.
Inoltre, in una forma di realizzazione preferita, per consentire l’immissione regolare della biomassa, senza realizzare sacche d’aria indesiderate, detta prima tramoggia 21 può comprende una rotocella 211. Furthermore, in a preferred embodiment, in order to allow the regular introduction of the biomass, without creating unwanted air pockets, said first hopper 21 can comprise a rotary valve 211.
Ogni elemento compreso nel dispositivo di carico 2, à ̈ preferibilmente movimentato tramite almeno un motore elettrico, ad esempio brushless, controllato da detta unità di controllo 9. Each element included in the loading device 2 is preferably moved by at least one electric motor, for example brushless, controlled by said control unit 9.
Detta prima coclea 31, compresa nel forno di pirolisi 3, ha un senso di avanzamento opposto rispetto alla seconda coclea 32, in modo tale che la biomassa inserita in una prima estremità del forno 3 proceda per tutta la lunghezza del forno 3 stesso sino al secondo estremo e, successivamente, torni verso il primo estremo del forno 3 tramite detta seconda coclea 32. Tale configurazione permette di incrementare il tempo di permanenza delle biomasse all’interno del forno 3, ed esempio raddoppiando il tempo di permanenza all’interno del forno di pirolisi. Said first auger 31, included in the pyrolysis furnace 3, has an opposite direction of advancement with respect to the second auger 32, so that the biomass inserted in a first end of the furnace 3 proceeds along the entire length of the furnace 3 itself up to the second end and, subsequently, return towards the first end of the kiln 3 through said second screw 32. This configuration allows to increase the residence time of the biomass inside the kiln 3, for example by doubling the residence time inside the pyrolysis oven.
Tale movimentazione di andata e ritorno delle biomasse lungo l’estensione longitudinale del forno 3 consente di pirolizzare in ciclo continuo le biomasse stesse. This round trip movement of the biomasses along the longitudinal extension of the kiln 3 allows the biomasses to be pyrolyzed in a continuous cycle.
L’utilizzo di almeno due coclee, permette la regolazione del processo di pirolisi cui devono essere sottoposte le biomasse. Infatti, in funzione della velocità di avanzamento delle coclee stesse, à ̈ possibile regolare il tempo di permanenza delle biomasse nel forno 3, e quindi il grado di pirolizzazione delle biomasse stesse. The use of at least two augers allows the regulation of the pyrolysis process to which the biomasses must be subjected. In fact, according to the speed of advancement of the augers themselves, it is possible to adjust the residence time of the biomasses in the oven 3, and therefore the degree of pyrolyzation of the biomasses themselves.
Detto condotto 4 comprende almeno due valvole, non illustrate, controllate da detta unità di controllo, per la gestione del flusso della fase gassosa del forno di pirolisi 3 al reattore 5. Said conduit 4 comprises at least two valves, not shown, controlled by said control unit, for managing the flow of the gas phase from the pyrolysis oven 3 to the reactor 5.
Detto sistema di trasporto 7 comprende preferibilmente una seconda tramoggia 70, la quale riceve la fase solida in uscita dal forno 3 e due coclee (71, 72) poste fra loro in cascata, come ad esempio illustrato in figura 4. Said transport system 7 preferably comprises a second hopper 70, which receives the solid phase exiting the furnace 3 and two augers (71, 72) placed together in cascade, as illustrated for example in figure 4.
Preferibilmente ogni dispositivo compreso nel sistema di trasporto 7 à ̈ movimentato tramite almeno un motore, ad esempio brushless, controllato da detta unità di controllo 9. Preferably each device included in the transport system 7 is moved by at least one motor, for example brushless, controlled by said control unit 9.
Detta seconda tramoggia 70 regola l’approvvigionamento della terza coclea 71, la quale sfocia nella quarta coclea 72. Said second hopper 70 regulates the supply of the third auger 71, which flows into the fourth auger 72.
Detta quarta coclea 72 termina nel reattore 5 in un punto d’immissione della fase solida “B†. Il sistema di trasporto 7 comprende una struttura coassiale o camicia, non illustrata nel dettaglio, la quale circonda dette coclee (71, 72). Said fourth auger 72 ends in the reactor 5 at an entry point of the solid phase â € œBâ €. The transport system 7 comprises a coaxial structure or jacket, not shown in detail, which surrounds said augers (71, 72).
Tramite una valvola 504, controllata dall’unità di controllo 9, à ̈ possibile recuperare parti delle ceneri precipitate durante il transito del gas all’interno del forno 3 di pirolisi. Tali ceneri sono riportate all’interno del processo di gassificazione attraverso la quarta coclea 72. Through a valve 504, controlled by the control unit 9, it is possible to recover parts of the ashes precipitated during the transit of the gas inside the pyrolysis oven 3. These ashes are brought back into the gasification process through the fourth screw 72.
Preferibilmente, detto almeno un punto d’immissione della fase gassosa “A†, à ̈ posto al di sotto di un punto d’immissione della fase solida “B†, in modo tale che il gas sia costretto a passare nella fase solida ardente posizionata in corrispondenza della griglia 511. Durante il passaggio della fase gassosa attraverso la fase solida, avviene la fase di reforming della fase gassosa prodotta durante il processo di pirolisi. Preferably, called at least one entry point of the gas phase â € œAâ €, it is placed below an entry point of the solid phase â € œBâ €, so that the gas is forced to pass into the burning solid phase positioned at the grid 511. During the passage of the gaseous phase through the solid phase, the reforming phase of the gaseous phase produced during the pyrolysis process takes place.
Preferibilmente, il punto d’immissione “A†à ̈ tale che la fase gassosa sia convogliata alla base della griglia 511 di sostegno. Preferably, the entry point â € œAâ € is such that the gaseous phase is conveyed to the base of the support grid 511.
Nella forma di realizzazione preferita, sono compresi due punti d’immissione della fase gassosa “A†, una a livello della griglia 511 ed una al di sotto della griglia stessa, come visibile nelle figura 1B, 3, 5 e 6A. In questo modo la fase gassosa e la fase solida della pirolisi sono totalmente ri - processati all’interno del reattore di gassificazione e reforming 5, poiché tale fase gassosa percorre interamente tale reattore 5. In the preferred embodiment, two points of entry of the gas phase â € œAâ € are included, one at the level of the grid 511 and one below the grid itself, as shown in Figures 1B, 3, 5 and 6A. In this way the gas phase and the solid phase of the pyrolysis are totally re - processed inside the gasification and reforming reactor 5, since this gas phase runs entirely through the reactor 5.
Il punto d’immissione fase solida “B†à ̈ posto ad una predeterminata quota rispetto alla griglia 511, in modo tale che a pieno regime dell’impianto si possa accumulare un quantitativo di fase solida sopra la griglia compreso fra 1,5 e 2,5 metri, lungo cui la fase gassosa sia obbligata a transitare. The solid phase entry point â € œBâ € is placed at a predetermined height with respect to grid 511, so that at full capacity of the plant a quantity of solid phase can accumulate above the grid between 1, 5 and 2.5 meters, along which the gaseous phase is forced to pass.
Per tale motivo il punto d’immissione fase solida “B†deve trovarsi ad una quota dalla griglia ad esempio superiore ai 2,5 metri. For this reason the solid phase entry point â € œBâ € must be at a height from the grid, for example, greater than 2.5 meters.
L’impianto 1, secondo la presente invenzione, comprende inoltre, una pluralità di sensori 91, posizionati sia nel forno di pirolisi 3 sia nel reattore 5, operativamente connessi a detta unità di controllo 9, atti a determinare i parametri di funzionamento dell’impianto stesso, come illustrato in figura 7. The plant 1, according to the present invention, also comprises a plurality of sensors 91, positioned both in the pyrolysis oven 3 and in the reactor 5, operatively connected to said control unit 9, suitable for determining the operating parameters of the ™ implant itself, as shown in figure 7.
I sensori sono preferibilmente uno o più sensori di temperatura 91a, disposti in modo tale da misurare la temperatura in una pluralità di punti dell’impianto 1; uno o più sensori di pressione 91b, atti a misurare la pressione interna all’impianto in predeterminati punti, e uno o più sensori di analisi della composizione 91c, atti ad analizzare la composizione del gas di sintesi nei diversi punti dell’impianto. The sensors are preferably one or more temperature sensors 91a, arranged in such a way as to measure the temperature in a plurality of points of the system 1; one or more pressure sensors 91b, suitable for measuring the pressure inside the system at predetermined points, and one or more composition analysis sensors 91c, suitable for analyzing the composition of the synthesis gas in the various points of the system.
L’impianto 1, secondo la presente invenzione, comprende inoltre almeno un sensore di posizione 91d, ad esempio un radar o un dispositivo ad ultrasuoni, o un dispositivo ottico, atto a rilevare il livello di riempimento del letto di gassificazione 51 di fase solida. The plant 1, according to the present invention, also comprises at least one position sensor 91d, for example a radar or an ultrasound device, or an optical device, suitable for detecting the filling level of the solid phase gasification bed 51 .
I sensori di temperatura 91a, ad esempio termocoppie, misurano la temperatura in predeterminati punti dell’impianto 1, preferibilmente con maggior concentrazione lungo la torre di gassificazione 50, e a diverse distanze rispetto all’asse longitudinale “Z†della torre stessa, com’à ̈ visibile nelle figure allegate. The temperature sensors 91a, for example thermocouples, measure the temperature in predetermined points of the plant 1, preferably with greater concentration along the gasification tower 50, and at different distances with respect to the longitudinal axis â € œZâ € of the tower itself, as it is visible in the attached figures.
I sensori di pressione 91b, ad esempio un pressostati per alte temperature, sono atti a misurare la pressione all’interno dell’impianto 1 in determinati punti dell’impianto stesso. The 91b pressure sensors, for example a pressure switch for high temperatures, are designed to measure the pressure inside the system 1 at certain points in the system itself.
I sensori di analisi della composizione 91c sono atti a determinare la composizione del gas di sintesi in diversi punti dell’impianto 1, in modo continuo nel tempo, ad esempio prelevandone piccoli campioni. The composition analysis sensors 91c are able to determine the composition of the synthesis gas in different points of the plant 1, continuously over time, for example by taking small samples.
L’impianto secondo la presente invenzione, comprende almeno un impianto d’immissione 6, atto ad immettere almeno una componente gassosa all’interno del reattore 5, per controllare la reazione di gassificazione e di reforming. Tali impianti d’immissione 6 sono gestiti e controllati dall’unità di controllo 9. The plant according to the present invention comprises at least one injection plant 6, suitable for introducing at least one gaseous component into the reactor 5, to control the gasification and reforming reaction. These injection systems 6 are managed and controlled by the control unit 9.
Ogni impianto 6, non illustrate nel dettaglio, comprende una pluralità di tubature atte a trasportare la componente gassosa verso l’impianto di produzione del gas di sintesi 1. Each plant 6, not illustrated in detail, comprises a plurality of pipes suitable for transporting the gaseous component to the synthesis gas production plant 1.
L’impianto, secondo la presente invenzione, comprende almeno un impianto d’immissione ossigeno 61 ed almeno un impianto di immissione aria 62. Tali due impianti (61, 62) sono atti a favorire la reazione di gassificazione e di reforming, ad esempio consentendo di aumentare la temperatura all’interno del reattore 5. The plant, according to the present invention, comprises at least one oxygen inlet plant 61 and at least one air inlet plant 62. These two plants (61, 62) are able to favor the gasification and reforming reaction, to example allowing to increase the temperature inside the reactor 5.
Almeno un impianto d’immissione d’ossigeno 61 ed un impianto di immissione aria 62, sono entrambi connessi al reattore 5 in prossimità della griglia 511 di sostegno, al fine di apportare la corretta quantità di aria e/o di ossigeno al processo di gassificazione e reforming delle fasi solida e gassosa. Le quantità di aria e di ossigeno addotte al processo sono controllate automaticamente da detta unità di controllo 9. At least one oxygen inlet plant 61 and one air inlet plant 62 are both connected to the reactor 5 near the support grille 511, in order to bring the correct amount of air and / or oxygen to the process gasification and reforming of the solid and gas phases. The quantities of air and oxygen added to the process are automatically controlled by said control unit 9.
Inoltre, almeno un impianto d’immissione ossigeno 61 à ̈ posto nella sommità della torre 50. In addition, at least one oxygen injection plant 61 is placed at the top of tower 50.
L’impianto per la produzione di gas di sintesi 1 comprende inoltre almeno un impianto d’immissione azoto 63, il quale à ̈ atto ad ostacolare o bloccare, almeno in parte, la reazione di gassificazione e reforming. The synthesis gas production plant 1 also comprises at least one nitrogen injection plant 63, which is capable of hindering or blocking, at least in part, the gasification and reforming reaction.
Quest’ultimo impianto immissione azoto 63 à ̈ atto a controllare l’impianto 1, ed in caso di reazione incontrollata, ad esempio a causa di un aumento della temperatura in almeno un punto dell’impianto, al di sopra di una soglia critica predeterminata, frena la reazione o addirittura spegne l’impianto 1. This last nitrogen injection plant 63 is designed to control plant 1, and in the event of an uncontrolled reaction, for example due to an increase in temperature in at least one point of the plant, above a threshold predetermined criticism, slows the reaction or even shuts down the system 1.
Ai fini della presente invenzione con il termine frenare o spegnere l’impianto s’intende che l’unità di controllo 9 immette azoto all’interno dell’impianto 1 modo che l’impianto riduca la produzione di gas di sintesi o termini la produzione, facendo venir meno le condizioni per la reazione di gassificazione e reforming, con tempi di reazione ridotti dell’impianto 1 inferiori rispetto al decadimento naturale. For the purposes of the present invention, the term braking or turning off the plant means that the control unit 9 injects nitrogen into the plant 1 so that the plant reduces the production of gas synthesis or terminate production, eliminating the conditions for the gasification and reforming reaction, with reduced reaction times of the plant 1 lower than for natural decay.
In caso di reazione incontrollata, l’unità di controllo 9, oltre ad attivare il circuito d’immissione azoto 63, ferma l’approvvigionamento di biomasse nel forno 3, bloccando il dispositivo di carico 2, ferma l’approvvigionamento di fase solida al sistema di trasporto da parte della seconda coclea 32 e l’approvvigionamento di fase solida all’interno del reattore 5, bloccando il sistema di trasporto 7. Tali contromisure sopraelencate consentono sostanzialmente di bloccare la reazione di pirogassificazione e quindi spegnere l’impianto. In the event of an uncontrolled reaction, the control unit 9, in addition to activating the nitrogen input circuit 63, stops the supply of biomass in the furnace 3, blocking the loading device 2, stops the supply of solid phase to the transport system by the second auger 32 and the supply of solid phase inside the reactor 5, blocking the transport system 7. These countermeasures listed above basically allow to block the pyrogasification reaction and therefore turn off the € ™ plant.
Su detta griglia 511 si accumulano le scorie o residui solidi del processo di gassificazione della fase solida. The slag or solid residues of the solid phase gasification process accumulate on said grid 511.
Il letto di gassificazione 51 Ã ̈ movimentabile al fine di estrarre lo stesso letto 51, ed in particolare la griglia 511, dalla torre di gassificazione 50 e rimuovere i residui o scorie, attraverso un movimento semovente ad esempio indotto da un attuatore 522. The gasification bed 51 can be moved in order to extract the same bed 51, and in particular the grate 511, from the gasification tower 50 and remove the residues or slags, by means of a self-propelled movement induced for example by an actuator 522.
Tale movimentazione del letto 51 consente di trasferire e decantare i residui o scorie, quali ceneri, all’interno della vasca di contenimento 52, contenente acqua. La cenere precipitata nella vasca 52 à ̈ separata dall’acqua con opportuno sistema di filtrazione non illustrato nel dettaglio. This movement of the bed 51 allows to transfer and decant the residues or slags, such as ashes, inside the containment tank 52, containing water. The ash precipitated in tank 52 is separated from the water with a suitable filtration system not illustrated in detail.
Detto attuatore à ̈ atto a movimentare detto letto di gassificazione 51 lungo detto asse verticale “Z†, abbassandolo per trasferire i residui o scorie nella vasca 52 e sollevandolo per portare tale letto 51 nuovamente nella corretta posizione nella torre di gassificazione 50. Said actuator is adapted to move said gasification bed 51 along said vertical axis â € œZâ €, lowering it to transfer the residues or slags into the tank 52 and lifting it to bring said bed 51 back to the correct position in the gasification tower 50.
La movimentazione del letto 51 à ̈ controllata da detta unità di controllo 9, la quale attiva detto attuatore 522 per la movimentazione del letto 51. The movement of the bed 51 is controlled by said control unit 9, which activates said actuator 522 for the movement of the bed 51.
Il metodo per la produzione di gas di sintesi, secondo la presente invenzione, attraverso un processo concatenato di pirolisi e di gassificazione e reforming delle biomasse, permette di ottenere gas di sintesi d’elevata qualità , con ridotta quantità di tar e catrame. The method for the production of synthesis gas, according to the present invention, through a concatenated process of pyrolysis and biomass gasification and reforming, allows to obtain synthesis gas of high quality, with a reduced quantity of tar and tar.
Ai fini della presente invenzione con il termine gas di sintesi di elevata qualità s’intende un gas in cui la presenza di tar e/o catrame e/o alti inquinanti à ̈ trascurabile, e la parte combustibile dello stesso gas comprende monossido di carbonio “CO†ed idrogeno “H2†in percentuali, per ogni gas, superiore al 20%, preferibilmente comprese fra 20% ed il 30%. For the purposes of the present invention, the term high quality synthesis gas means a gas in which the presence of tar and / or tar and / or high pollutants is negligible, and the combustible part of the same gas comprises carbon monoxide â € œCOâ € and hydrogen â € œH2â € in percentages, for each gas, greater than 20%, preferably between 20% and 30%.
Il metodo di produzione comprende le seguenti fasi operative automatiche: The production method includes the following automatic operating steps:
• controllo di una pluralità di parametri di funzionamento dell’impianto 1; â € ¢ control of a plurality of operating parameters of system 1;
• immissione del materiale, ad esempio della biomassa, a quantitativi controllati, all’interno del forno di pirolisi 3; â € ¢ placing of the material, for example biomass, in controlled quantities, inside the pyrolysis oven 3;
• controllo velocità di pirolisi biomasse del materiale. â € ¢ biomass pyrolysis speed control of the material.
• controllo quantità d’immissione fase solida nel reattore 5; â € ¢ control of the quantity of solid phase input into reactor 5;
• controllo quantità d’immissione fase gassosa, nel reattore 5; â € ¢ control of the quantity of gaseous phase input into reactor 5;
• controllo dell’immissione di componente gassosa, tramite una pluralità d’impianti di immissione 6, in funzione di detta pluralità di parametri di funzionamento dell’impianto, determinati in tempo reale. â € ¢ control of the injection of the gaseous component, through a plurality of injection plants 6, according to said plurality of operating parameters of the plant, determined in real time.
Il passo di controllo di una pluralità di parametri prevede di misurare in una pluralità di punti dell’impianto diversi parametri quali la temperatura, tramite i sensori di temperatura 91a, la pressione, tramite detti sensori di pressione 91b, e la composizione del gas di sintesi, tramite i sensori 91c; inoltre viene monitorato il livello di riempimento del letto di gassificazione tramite detto almeno un sensore di posizione 91d. The step of controlling a plurality of parameters provides for measuring in a plurality of points of the system different parameters such as the temperature, through the temperature sensors 91a, the pressure, through said pressure sensors 91b, and the composition of the synthesis, through sensors 91c; furthermore, the filling level of the gasification bed is monitored by means of said at least one position sensor 91d.
Le temperature, le pressioni e la composizione del gas di sintesi, misurati da tali sensori (91a, 91b, 9c) sono ricevuti dall’unità di controllo 9 la quale li elabora, ad esempio confrontando la misura di temperatura di ogni sensore con un corrispettivo livello minimo ed un livello massimo, e/o confrontando il livello di pressione di ogni sensore con un corrispettivo livello minimo ed un livello massimo, e/o confrontando la composizione del gas di sintesi con una composizione del gas desiderata. The temperatures, pressures and composition of the synthesis gas, measured by these sensors (91a, 91b, 9c) are received by the control unit 9 which processes them, for example by comparing the temperature measurement of each sensor with a corresponding minimum level and a maximum level, and / or comparing the pressure level of each sensor with a corresponding minimum level and a maximum level, and / or comparing the composition of the synthesis gas with a desired gas composition.
In funzione di tali parametri misurati l’unità di controllo 9 agirà sui sistemi compresi nell’impianto per regolarizzare il processo e realizzare un gas di sintesi 1, secondo la presente invenzione. Depending on these measured parameters, the control unit 9 will act on the systems included in the plant to regulate the process and create a synthesis gas 1, according to the present invention.
Infatti, in funzione delle temperature rilevate, l’unità di controllo 9 à ̈ atto a velocizzare o rallentare la velocità di pirolisi della biomassa, agendo sulla velocità di rotazione della prima e seconda coclea (31, 32); regolare l’immissione della fase solida nel reattore 5, controllando detto sistema di trasporto 7; regolare l’immissione di almeno una componente gassosa tramite detto almeno un impianto di immissione 6, e regolare l’apporto di biomassa all’interno del forno di pirolisi 3, controllando detto dispositivo di carico 2. In fact, depending on the temperatures detected, the control unit 9 is able to speed up or slow down the pyrolysis speed of the biomass, by acting on the rotation speed of the first and second augers (31, 32); regulating the introduction of the solid phase into the reactor 5, controlling said transport system 7; regulate the introduction of at least one gaseous component through said at least one injection system 6, and regulate the biomass supply inside the pyrolysis oven 3, by controlling said loading device 2.
In funzione delle pressioni rilevate, l’unità di controllo 9 à ̈ in grado di azionare sistemi di sicurezza in grado di riportare la pressione all’interno dell’impianto, in almeno in un punto, alla condizione di ottimale di funzionamento. Depending on the pressures detected, the control unit 9 is able to operate safety systems capable of restoring the pressure inside the system, in at least one point, to the condition of optimal operation.
Inoltre, in funzione delle composizioni del gas di sintesi rilevate, l’unità di controllo 9 à ̈ in grado di aumentare o diminuire la temperatura all’interno dell’impianto al fine di favorire la reazione di pirogassificazione. Furthermore, depending on the compositions of the synthesis gas detected, the control unit 9 is able to increase or decrease the temperature inside the plant in order to favor the pyrogasification reaction.
Ad esempio, caso in cui almeno una temperatura, rilevata tramite detti sensori di temperatura 91a, Ã ̈ inferiore ad un valore prestabilito viene immesso ossigeno in almeno un punto del reattore 5 tramite detto impianto di immissione ossigeno 6. For example, in the case in which at least one temperature, detected by means of said temperature sensors 91a, is lower than a predetermined value, oxygen is introduced into at least one point of the reactor 5 by means of said oxygen injection plant 6.
Precedentemente al suddetto passo d’immissione della biomassa, a quantitativi controllati, svolta dal dispositivo di carico 2, un flusso di biomasse, ad esempio vegetali, à ̈ convogliato verso il dispositivo di carico 2, ad esempio tramite un sistema di nastri trasportatori. Come sopracitato, l’accesso delle biomasse al forno di pirolisi 3, avviene attraverso detto dispositivo di carico 2, il quale per effetto combinato di detta pluralità di chiuse 24, di detta coclea compattatrice 22, e preferibilmente di detta rotocella 211, consente l’introduzione delle biomasse nell’impianto 1 in modo continuativo, impedendo tuttavia d’introdurre ossigeno all’interno del processo di pirolisi; contemporaneamente, le stesse producono un isolamento dell’ambiente esterno rispetto alle condizioni interne al forno pirolisi 3. Prior to the aforementioned biomass input step, in controlled quantities, carried out by the loading device 2, a flow of biomass, for example vegetables, is conveyed towards the loading device 2, for example by means of a system of conveyor belts. As mentioned above, the access of the biomasses to the pyrolysis furnace 3 takes place through said loading device 2, which, due to the combined effect of said plurality of sluices 24, of said compacting screw 22, and preferably of said rotary valve 211, allows the Introduction of biomass into plant 1 continuously, however preventing the introduction of oxygen into the pyrolysis process; at the same time, they produce an isolation of the external environment with respect to the conditions inside the pyrolysis oven 3.
Durante il passo di controllo velocità di pirolisi delle biomasse svolta in continuo nel tempo, a seguito dei risultati ottenuti, durante il passo di controllo di una pluralità di parametri, à ̈ regolata la velocità di avanzamento della prima e seconda coclea (31, 32). During the step of controlling the speed of biomass pyrolysis carried out continuously over time, following the results obtained, during the step of controlling a plurality of parameters, the speed of advancement of the first and second screw is adjusted (31, 32) .
Preferibilmente, il passo di controllo di una pluralità di parametri à ̈ eseguito ad intervalli regolari, anche durante lo svolgimento degli altri passi sopracitati. Preferably, the control step of a plurality of parameters is performed at regular intervals, also during the execution of the other aforementioned steps.
Nel successivo passo di controllo quantità d’immissione fase solida nel reattore 5, tramite il sistema di trasporto 7, la fase solida, derivante dal precedente processo di pirolisi, à ̈ convogliata verso il reattore 5. In the next step for controlling the quantity of solid phase input into reactor 5, through the transport system 7, the solid phase, deriving from the previous pyrolysis process, is conveyed towards reactor 5.
Il controllo e la regolazione dell’immissione della fase solida all’interno del reattore 5 permette di regolarizzare il processo di gassificazione e reforming, consentendo di mantenere le condizioni di funzionamento ideali nel letto di gassificazione 51, regolando il quantitativo di fase solida presente sulla griglia 511. The control and regulation of the introduction of the solid phase inside the reactor 5 allows to regulate the gasification and reforming process, allowing to maintain the ideal operating conditions in the gasification bed 51, regulating the quantity of solid phase present on grid 511.
Preferibilmente, svolto contestualmente al passo di controllo d’immissione della fase solida, à ̈ svolto il passo di controllo immissione fase gassosa nel reattore 5. Preferably, carried out at the same time as the solid phase input control step, the gas phase input control step in reactor 5 is carried out.
In tale passo l’unità di controllo 9, a seguito dei parametri ottenuti nel passo di controllo dei suddetti parametri, regola la pressione e la quantità di gas della fase gassosa da introdurre nel reattore 5. Inoltre nella forma di realizzazione in cui sono presenti due punti d’immissione fase gassosa “A†, sempre in funzione di detti parametri, l’unità di controllo 9 à ̈ in grado di azionare quanti e quali punti d’immissione “A†debbano essere aperti per l’immissione della fase gassosa nel reattore stesso, agendo su opportune valvole, non illustrate, ad esempio in funzione della pezzatura della fase solida proveniente dal processo di pirolisi. In this step the control unit 9, following the parameters obtained in the control step of the aforesaid parameters, adjusts the pressure and the quantity of gas of the gaseous phase to be introduced into the reactor 5. Furthermore, in the embodiment in which they are present two gas phase injection points â € œAâ €, again depending on said parameters, the control unit 9 is able to operate how many and which injection points â € œAâ € must be open for the Injection of the gaseous phase into the reactor itself, by acting on suitable valves, not shown, for example as a function of the size of the solid phase coming from the pyrolysis process.
Il passo di controllo dell’immissione di una componente gassosa, in funzione della pluralità di parametri di funzionamento dell’impianto misurati, viene svolta tramite detta pluralità d’impianti d’immissione 6. The step of controlling the introduction of a gaseous component, according to the plurality of operating parameters of the plant measured, is carried out by means of said plurality of injection plants 6.
Detto almeno un impianto immissione ossigeno 61 e detto almeno un impianto immissione aria 62 entrano all’interno del reattore 5 in prossimità della griglia 511 di sostegno, preferibilmente al di sopra, rispetto all’asse “Z†. Said at least one oxygen inlet plant 61 and said at least one air inlet plant 62 enter inside the reactor 5 near the support grid 511, preferably above, with respect to the â € œZâ € axis.
Ogni impianto d’immissione 6 apporta la corretta quantità di componente gassosa, in particolare d’aria e di ossigeno, al processo di gassificazione e reforming delle fasi solida e gassosa. Le quantità di aria e di ossigeno addotte al processo sono controllate automaticamente attraverso l’unità di controllo 9, ad esempio sistemi logici di tipo elettronico. Each injection plant 6 brings the correct quantity of gaseous component, in particular air and oxygen, to the gasification and reforming process of the solid and gaseous phases. The quantities of air and oxygen added to the process are automatically controlled by the control unit 9, for example electronic logic systems.
La gestione dell’impianto per la produzione del gas di sintesi prevede i seguenti passi: The management of the synthesis gas production plant involves the following steps:
• attivazione dell’impianto. â € ¢ activation of the system.
• controllo della pluralità di parametri di funzionamento dell’impianto 1; â € ¢ control of the plurality of operating parameters of system 1;
• inizio immissione del materiale, ad esempio della biomassa, a quantitativi prestabiliti, all’interno del forno di pirolisi 3; â € ¢ start of placing the material, for example biomass, at predetermined quantities, inside the pyrolysis oven 3;
• controllo velocità di pirolisi del materiale; â € ¢ pyrolysis speed control of the material;
• controllo quantità di immissione fase solida nel reattore 5; â € ¢ control of the quantity of solid phase input into reactor 5;
• controllo quantità di immissione fase gassosa nel reattore 5; â € ¢ control of the quantity of gaseous phase introduction into reactor 5;
• controllo immissione componente gassosa, in funzione dei parametri di funzionamento rilevati precedentemente; â € ¢ control of the gaseous component input, according to the previously detected operating parameters;
• estrazione o spillatura del gas di sintesi prodotto. â € ¢ Extraction or tapping of the synthesis gas produced.
Il passo di attivazione dell’impianto prevede che l’impianto sia riscaldato fino al raggiungimento delle temperature d’esercizio. Il passo di attivazione può essere attuato tramite i sistemi classici utilizzati per l’attivazione degli impianti tradizionali, quali ad esempio bruciatori. Inoltre, abbassando il livello d’acqua nella vasca di contenimento 52 si porta l’impianto, secondo la presente invenzione, a funzionare come combustore di un combustibile posto nel letto di gassificazione, quale ad esempio biomassa carbonizzata. L’abbassamento del livello dell’acqua consente all’aria di entrare all’interno dell’impianto 1. L’ingresso d’aria svolge la funzione di comburente scaldando di conseguenza il letto di gassificazione 51 e, per propagazione, l’intero impianto 1. Tale passo continua sino a che non si sono raggiunte le temperature ottimali di funzionamento delle varie parti dell’impianto. The system activation step requires the system to be heated until the operating temperatures are reached. The activation step can be implemented through the classic systems used for the activation of traditional systems, such as burners. Furthermore, by lowering the water level in the containment tank 52 the plant, according to the present invention, is brought to function as a combustor of a fuel placed in the gasification bed, such as for example carbonized biomass. The lowering of the water level allows the air to enter inside the system 1. The air inlet acts as a comburent thus heating the gasification bed 51 and, by propagation, the entire plant 1. This step continues until the optimum operating temperatures of the various parts of the plant are reached.
Al raggiungimento delle condizioni ottimali di temperatura, il livello dell’acqua all’interno della vasca 52 à ̈ aumentato e l’impianto torna a funzionare come impianto di piro-gassificazione e non più come combustore. When the optimal temperature conditions are reached, the water level inside tank 52 has increased and the system returns to function as a pyro-gasification plant and no longer as a combustor.
Per determinare il raggiungimento delle condizioni operative ottimali dell’impianto 1 si ripete il passo di controllo della pluralità di parametri. To determine that the optimal operating conditions of plant 1 have been reached, the step for checking the plurality of parameters is repeated.
Terminato tale passo di attivazione, si giunge al passo d’inizio immissione biomassa all’interno del forno di pirolisi 3. In tale passo s’inizia l’immissione della biomassa la quale à ̈ pirolizzata, con il principio descritto precedentemente. Once this activation step has been completed, the biomass entry step is reached inside the pyrolysis oven 3. In this step the biomass is introduced which is pyrolyzed, with the principle described above .
Il passo di controllo velocità di pirolisi delle biomasse, permette di regolare la permanenza delle biomasse all’interno del forno 3, al fine di ottenere il rapporto fra fase solida e fase gassosa ottimale. The biomass pyrolysis speed control step allows you to adjust the permanence of the biomass inside the oven 3, in order to obtain the optimal ratio between solid phase and gas phase.
Tramite il passo di controllo quantità d’immissione fase solida nel reattore 5, à ̈ regolato l’approvvigionamento della fase solida all’interno del reattore 5 al fine di controllare al meglio il processo di gassificazione. Quest’ultimo passo à ̈ preferibilmente svolto in parallelo al passo di controllo immissione fase gassosa nel reattore 5, per ottenere la gassificazione ottimale della fase solida e il reforming della fase gassosa. Tale soluzione permette di ottenere un gas di sintesi di elevata qualità , cioà ̈ privo delle componenti gassose indesiderate normalmente prodotte dagli impianti dell’arte nota. The supply of the solid phase inside the reactor 5 is regulated by means of the quantity control step of the solid phase input into the reactor 5 in order to better control the gasification process. This last step is preferably carried out in parallel with the step of controlling the gaseous phase introduction into the reactor 5, to obtain the optimal gasification of the solid phase and the reforming of the gas phase. This solution allows to obtain a synthesis gas of high quality, that is, devoid of the unwanted gaseous components normally produced by the plants of the known art.
Durante il passo di controllo immissione componente gassosa, in funzione dei parametri di funzionamento rilevati precedentemente, l’unità di controllo 9 permette di controllare l’impianto 1, controllando l’immissione della componente ossidante per la gassificazione e reforming, sia per controllare la temperatura del reattore 5. During the step of controlling the gaseous component input, according to the previously detected operating parameters, the control unit 9 allows to control the plant 1, controlling the introduction of the oxidant component for gasification and reforming, both for check the reactor temperature 5.
Quando il ciclo di piro-gassificazione à ̈ terminato, si passa al passo di estrazione o spillatura del gas di sintesi prodotto. In tale passo à ̈ estratto il gas di sintesi il quale à ̈ raffreddato tramite sistemi scambiatori di calore, e filtrato, con i sistemi noti al tecnico del ramo e non illustrati nel dettaglio. When the pyro-gasification cycle is finished, the synthesis gas produced is extracted or tapped. In this step the synthesis gas is extracted, which is cooled by means of heat exchanger systems, and filtered, with the systems known to the skilled in the art and not illustrated in detail.
Il calore contenuto nel gas di sintesi à ̈ utilizzato recuperando l’energia termica in esso contenuta. The heat contained in the synthesis gas is used by recovering the thermal energy contained in it.
Il passo di filtraggio à ̈ svolto, tramite appositi sistemi di filtraggio, atti a eliminare eventuale particolato presente nel gas. Tale sistema di filtraggio à ̈ di semplice realizzazione poiché il gas prodotto dall’impianto 1, secondo la presente invenzione, risulta già di elevata qualità . The filtering step is carried out by means of special filtering systems, designed to eliminate any particulate present in the gas. This filtering system is easy to make since the gas produced by the plant 1, according to the present invention, is already of high quality.
L’impianto 1 secondo la presente invenzione, una volta giunto a regime, à ̈ in grado di produrre gas di sintesi ininterrottamente. The plant 1 according to the present invention, once fully operational, is capable of producing synthesis gas continuously.
Lo smaltimento delle ceneri residue dal processo, viene svolta periodicamente durante il normale funzionamento dell’impianto stesso. Infatti, la griglia 51 semovente à ̈ periodicamente azionata, a periodi di tempo predeterminati, in modo tale che parte delle ceneri che giacciono su di essa cadano nella vasca di contenimento 52. Tali ceneri saranno opportunamente smaltite. The disposal of residual ash from the process is carried out periodically during the normal operation of the plant itself. In fact, the self-propelled grate 51 is periodically activated, at predetermined periods of time, so that part of the ashes lying on it fall into the containment tank 52. These ashes will be appropriately disposed of.
Il sistema comprende inoltre almeno un’interfaccia utente 92 à ̈ atta a rendere accessibili, ad esempio in modo visivo e/o sonoro, eventuali informazioni d’interesse dell’utente sul funzionamento dell’impianto 1. The system also includes at least one user interface 92 which is designed to make any information of interest to the user on the operation of the system accessible, for example in a visual and / or sound way 1.
Le scorie o residui solidi del processo di gassificazione delle biomasse che si accumulano gradualmente sulla griglia di sostegno 511, attraverso un movimento semovente della griglia stessa, come sopracitato, consente di trasferire e decantare i residui o scorie all’interno della vasca 52 contenente acqua. I residui o scorie, ad esempio ceneri, precipitano nella vasca 52 e successivamente separate dall’acqua con opportuno sistema di filtrazione. The slag or solid residues of the biomass gasification process that gradually accumulate on the support grid 511, through a self-propelled movement of the grid itself, as mentioned above, allows to transfer and decant the residues or slags inside the tank 52 containing water . The residues or slags, for example ashes, precipitate in the tank 52 and subsequently separated from the water with a suitable filtration system.
Il gas di sintesi prodotto dall’impianto secondo la presente invenzione à ̈ filtrato con sistemi classici, senza l’ausilio d’impianti di purificazione complessi per l’eliminazione del tar. The synthesis gas produced by the plant according to the present invention is filtered with classical systems, without the aid of complex purification plants for the elimination of tar.
Il processo di pirolisi delle biomasse à ̈ svolto in totale carenza di ossigeno, mentre nel processo di gassificazione e reforming, essendo in ambienti separati ed indipendenti, à ̈ immesso ossigeno in quantità stechiometrica per regolare il processo di gassificazione e reforming e poter così ottenere un gas di sintesi di elevata qualità . The biomass pyrolysis process is carried out in total lack of oxygen, while in the gasification and reforming process, being in separate and independent environments, oxygen is introduced in stoichiometric quantities to regulate the gasification and reforming process and thus be able to obtain a high quality synthesis gas.
Il gas di sintesi prodotto dall’impianto 1, secondo la presente invenzione, può essere utilizzato come combustibile per motori a combustione interna, anche motori con turbina, poiché il gas di sintesi ha ridottissima quantità di tar e totale assenza di catrame, i quali sono notoriamente dannosi per qualsiasi tipologia di motori a combustione. The synthesis gas produced by plant 1, according to the present invention, can be used as fuel for internal combustion engines, including turbine engines, since the synthesis gas has a very low quantity of tar and total absence of tar, which are notoriously harmful for any type of combustion engine.
RIFERIMENTI NUMERICI: NUMERICAL REFERENCES:
Impianto 1 Dispositivo di carico 2 Prima tramoggia 21 Rotocella 211 Coclea di compattamento 22 Chiuse 23 Forno di pirolisi 3 Involucro esterno 30 Prima coclea 31 Seconda coclea 32 Sostegni 34 Struttura coassiale o camicia 35 Condotto 4 Reattore di gassificazione e reforming 5 Torre di gassificazione 50 Porzione verticale 501 Fessure 502 Prima porzione 503 Valvola 504 Letto di gassificazione 51 Griglia 511 Vasca di contenimento 52 Attuatore 522 Impianti di immissione 6 Impianto immissione ossigeno 61 Impianto immissione aria 62 Impianto immissione azoto 63 Sistema di trasporto 7 Seconda tramoggia 70 Terza coclea 71 Quarta coclea 72 Unità di controllo 9 Sensori 91 Sensori di temperatura 91a Sensori di pressione 91b Sensori di analisi della composizione 91c Sensore di posizione 91d Interfaccia utente 92 Punto di immissione fase gassosa A Punto di immissione fase solida B Punto di spillatura gas di sintesi C Strato metallico M Strato refrattario R Asse longitudinale Z Secondo asse X Plant 1 Loading device 2 First hopper 21 Rotor 211 Compaction screw 22 Closed 23 Pyrolysis furnace 3 Outer casing 30 First screw 31 Second screw 32 Supports 34 Coaxial structure or jacket 35 Pipe 4 Gasification and reforming reactor 5 Gasification tower 50 Portion vertical 501 Slots 502 First portion 503 Valve 504 Gasification bed 51 Grid 511 Containment tank 52 Actuator 522 Inlet systems 6 Oxygen inlet system 61 Air inlet system 62 Nitrogen inlet system 63 Transport system 7 Second hopper 70 Third auger 71 Fourth auger 72 Control unit 9 Sensors 91 Temperature sensors 91a Pressure sensors 91b Composition analysis sensors 91c Position sensor 91d User interface 92 Gas phase entry point A Solid phase entry point B Synthesis gas tapping point C Metallic layer M Layer refractory R Longitudinal axis Z Second axis X
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