ITTV20090047A1 - Impianto di distillazione estrattiva per la rimozione di sostanze volatili e semivolatili da materiale solido.- - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

dell'invenzione avente per titolo:

" Impianto di distillazione estrattiva per la rimozione di sostanze volatili e semivolatili da materiale solido "

La presente invenzione concerne un impianto di distillazione estrattiva per la rimozione di sostanze volatili e semivolatili da materiale solido.

In particolare l'impianto ha lo scopo di rimuovere sostanze volatili e semivolatili da matrici solide inquinate di varia natura e da materiale solido granulare ottenuto dal trattamento di bonifica dei terreni e dei sedimenti contaminati.

Sono noti procedimenti di trattamento dei terreni da materiale inquinanti mediante solidificazione/stabilizzazione. Tali procedimenti prevedono di trattare il materiale con cemento, acqua, additivi fluidificanti che provvedono a trattenere gli inquinanti formando una massa che viene successivamente sottoposta ad un processo di granulazione. Generalmente il materiale granuloso ottenuto viene sparso nel terreno dal quale era stato prelevato oppure utilizzato come riempimento stradale o in edilizia.

Tali noti procedimenti come noto presentano l’inconveniente di non essere generalmente adatti per il trattamento di matrici contenenti sostanze organiche volatili e semivolatili (idrocarburi, diossine, ecc) e metalli volatili come ad es. il mercurio.

Secondo l’invenzione tale inconvenienti sono eliminati con un impianto di distillazione estrattiva per la rimozione di sostanze volatili e semivolatili da materiale solido caratterizzato dal fatto di comprendere:

- almeno un reattore di distillazione estrattiva del materiale,

- mezzi di alimentazione del materiale a detto reattore,

- mezzi di creazione del vuoto all'interno del reattore caricato con il materiale,

- un serbatoio di gas per alimentazione del reattore,

- mezzi di riscaldamento del reattore caricato con materiale , - mezzi di condensazione del gas aspirato dal reattore.

La presente invenzione viene qui di seguito ulteriormente chiarita con riferimento all'allegata tavola di disegni raffigurante in vista schematica un impianto di distillazione secondo l'invenzione.

Come si vede dalle figure l'impianto di distillazione estrattiva secondo l'invenzione comprende sostanzialmente tre reattori in serie, rispettivamente di preriscaldamento 2, di distillazione estrattiva 4 e di raffreddamento 6, un circuito 8 di recupero calore, un circuito 10 di riscaldamento ed un circuito 12 di pressurizzazione.

In particolare il reattore 2 che è alimentato da una tramoggia 14 con elevatore a tazze 16, è provvisto di un condotto di uscita 18 collegato col reattore 6, e di un condotto di ingresso 20 proveniente da uno scambiatore di calore 22 (lato esterno) il cui lato interno 24 è attraversato dai fumi di combustione prodotti da un generatore di calore 26 che riscalda olio diatermico.

Allo stesso lato esterno 22 è collegata una tubazione 28 in uscita dal reattore 6.

Il circuito 30 dell'olio diatermico passa attraverso uno scambiatore di calore 32 (lato interno) il cui lato esterno 34, 36 appartiene al circuito chiuso10 facente capo al reattore 4 di distillazione estrattiva.

Il reattore 2 è provvisto superiormente di un condotto 38 che si suddivide in due condotti 38' e 38''. A sua volta il condotto 38'' si suddivide in due condotti 42, 44 rispettivamente, con il condotto 42 che fa capo, assieme ad un condotto 40 uscente dal reattore 4, ad un condotto 46 che entra nello scambiatore (lato interno) 48 di un circuito di raffreddamento 50 ad acqua.

Le uscite 52 e 54 dello scambiatore fanno capo rispettivamente ad un separatore a fiorentina 56 e ad un impianto del vuoto 58.

Il lato esterno 60 dello scambiatore 48 è collegato al circuito 50 di raffreddamento ad acqua che è provvisto di torre di evaporazione 62.

A sua volta il condotto 44 si suddivide in due ulteriori condotti 64 e 66, con il condotto 64 che si collega con il condotto 40 e con il condotto 66 che si divide a sua volta nei condotti 66’ e 80: il condotto 66’ fa capo ad un serbatoio di accumulo 68 provvisto di bombola di reintegro 70. Il reattore 6 è altresì provvisto di un condotto 78 che si collega con il condotto 80 proveniente dalla linea di pressurizzazione e che si collega successivamente con il condotto 46.

Fra l'impianto di vuoto 58 ed il serbatoio di accumulo 68 è interposto un compressore 72.

Il reattore 2 è provvisto sul fondo di tubazione di scarico verso il reattore 4; il reattore 4 è provvisto sul fondo di tubazione di scarico verso il reattore 6; il reattore 6 è a sua volta provvisto sul fondo di tubazione di scarico 74 verso un nastro trasportatore 76.

Il condotto 38' unitamente al condotto 82, proveniente dal reattore 6, fa capo ad una pompa da vuoto 84.

L'invenzione prevede altresì una serie di valvole, sensori, termometri, pompe, pressostati, ecc.. che sono noti al tecnico del ramo e che non vengono quindi richiamati per semplicità.

Il funzionamento secondo l'invenzione verrà ora descritto preliminarmente in fase di avviamento e successivamente in fase di funzionamento a regime.

In fase di avviamento il reattore 2 viene caricato con la quantità di materiale solido corrispondente alla carica batch, che viene qui scaricata immediatamente nel reattore 4 con preliminare evacuazione dell'aria e ripristino della pressione di lavoro tramite gas .

Il reattore 2 viene quindi riempito con una nuova carica di materiale da distillare.

In questa fase il reattore 6 rimane vuoto.

Attraverso il circuito di olio diatermico 30 la carica contenuta nel reattore 4 viene portata da temperatura ambiente alla temperatura di evaporazione dell'acqua e quindi alla temperatura finale di lavoro. Terminato il ciclo di distillazione estrattiva del reattore 4 il materiale solido ad alta temperatura viene scaricato nel reattore 6.

A questo punto viene attivato il recupero di calore tra il reattore 6 ed il reattore 2 con gas per preriscaldamento della carica contenuta nel reattore 2. Al termine di questa fase il sistema si trova nelle condizioni tali da iniziare il lavoro a regime come descritto nel funzionamento che segue.

Il materiale solido viene caricato nella tramoggia 14 e quindi trasferito nel reattore 2 tramite l'elevatore a tazze 16. Il reattore 2 è vuoto perché in precedenza ha scaricato il suo contenuto nel reattore 4 attraverso la valvola di scarico 86.

Terminata la fase di carico del reattore 2 questa valvola viene nuovamente chiusa.

L'aria contenuta nel reattore 2 viene estratta tramite la pompa per vuoto 84 e scaricata in atmosfera. Il reattore 2 viene quindi caricato fino alla pressione di lavoro con gas proveniente in pressione dal serbatoio di accumulo 68 attraverso i condotti 66’, 66, 44, 38'', 38.

A questo punto viene attivato in automatico un elettroventilatore 88 che provvede a far ricircolare il gas fra il reattore 2 ed il reattore 6 attraverso il circuito 8 per il recupero dell'energia termica della carica calda contenuta nel reattore 6.

Il circuito 8 viene messo in comunicazione con i reattori 2 e 6 tramite una serie di valvole automatiche.

Il gas in uscita dal reattore 6 entra nel condotto 28 e riceve calore dai fumi di combustione prodotti dal generatore 26 nello scambiatore 22, e quindi ritorna al reattore 2 tramite il condotto 20.

Una volta che è stata raggiunta una temperatura di circa 375 K della carica nel reattore 2, viene escluso il circuito 8 di recupero calore e quindi scaricata la carica di materiale solido nel sottostante reattore 4 tramite apertura della valvola di scarico 86. Il gas ancora presente nel reattore 2 a scarico avvenuto, viene recuperato tramite l’impianto del vuoto 58 ed il compressore 72 e quindi accumulato nel serbatoio 68 previa filtrazione delle impurezze. E' da osservare che il reattore 4 è vuoto perché in precedenza ha scaricato il suo contenuto nel reattore 6 tramite apertura automatica della relativa valvola di scarico 90.

Il reattore 4 viene caricato sino alla pressione di lavoro con gas contenuto in pressione nel serbatoio di accumulo 68. Il contenuto del reattore 4 viene quindi portato alla temperatura massima di processo tramite somministrazione di energia termica ceduta dal gas , mosso nel circuito 10 per mezzo dell’elettroventilatore 96, e che scambia a sua volta calore con l'olio diatermico nello scambiatore 32.

L'olio diatermico riceve a sua volta energia termica dalla combustione prodotta in un generatore 26 e viene mosso nel circuito chiuso tramite una elettropompa 92. In questa fase di riscaldamento, la carica del reattore 4 perde dapprima l'acqua contenuta per evaporazione alla temperatura, pressoché costante, di ebollizione corrispondente alla pressione di lavoro e una volta che l'acqua è stata eliminata la temperatura della carica cresce sino al valore impostato.

A questo punto viene escluso in automatico il circuito di riscaldamento 36 10 tramite chiusura di due valvole pneumatiche e quindi il reattore viene messo sottovuoto tramite aspirazione del gas dall’impianto del vuoto 58 collegato al corpo del condensatore 48 e quindi al reattore 4.

Il gas viene quindi sempre compresso dal compressore 72 e qui stoccato nel serbatoio di accumulo 68. Il collegamento dal reattore 4 all’impianto di produzione del vuoto avviene in automatico tramite azionamento di valvole pneumatiche.

Le condizioni di bassa pressione (circa 4 kPa) e di alta temperatura, protratte per un determinato periodo di tempo permettono l'ottenimento del procedimento di distillazione estrattiva e quindi la rimozione delle sostanze volatili e semivolatili contenute nel materiale solido costituente la carica del reattore.

Una volta terminata la fase di distillazione estrattiva, viene ripristinata la condizione di pressione nominale di lavoro entro il reattore 4 tramite reimmissione di gas , e viene quindi scaricata la carica di materiale solido nel sottostante reattore 6 tramite apertura della valvola di scarico 90.

In questa fase il reattore 6 è vuoto perché ha precedentemente scaricato il suo contenuto nel nastro trasportatore 76 tramite apertura automatica della relativa valvola di scarico 94.

Il recupero dell'energia termica della carica ad alta temperatura ivi contenuta nel reattore 6 avviene secondo quanto precedentemente descritto relativamente al reattore 2.

La temperatura del materiale solido viene portata a valori intorno ai 375 K in atmosfera alla pressione assoluta di 110 kPa. L'aria contenuta dopo lo scarico della carica nel nastro trasportatore 76 viene evacuata tramite la pompa per vuoto 84 collegata al condotto 82 e scaricata in atmosfera. Analogamente agli altri reattori, la carica ed il recupero finale del gas utilizzato nella fase di scambio termico vengono rispettivamente effettuati tramite presa dal serbatoio di accumulo 68 e tramite l’impianto per vuoto 58 e il compressore 72.

Al termine delle operazioni di recupero termico del gas , il reattore 6 scarica in automatico il suo contenuto nel nastro trasportatore 76 tramite apertura della relativa valvola di scarico 94. Il materiale solido viene quindi scaricato dal nastro in un cumulo a terra per il successivo utilizzo/smaltimento.

Il vapore acqueo e le altre sostanze volatili e semivolatili allo stato aeriforme estratti dalla carica di materiale solido contenuto nel reattore 4, vengono convogliate nello scambiatore di calore 48 (condensatore) dove vengono condensate a seguito dello scambio termico con acqua fredda.

L'acqua di raffreddamento viene continuamente riciclata nel circuito per mezzo di un elettropompa, comprendente il condensatore 48 e la torre evaporativa 62. Questa torre sottrae il calore dalla massa di acqua in ricircolo (corrispondente al calore di condensazione scambiato nel condensatore 48) e lo trasferisce all'atmosfera sotto forma di vapore acqueo. Per il mantenimento della portata d'acqua in riciclo è previsto un reintegro automatico di acqua nel circuito.

Le sostanze estratte condensate (allo stato liquido) vengono quindi scaricate dal condensatore 48 al sottostante separatore statico a fiorentina 56 nel quale avviene la separazione dell'acqua dalla fase contenente le altre sostanze estratte a peso specifico inferiore dell'acqua. Le due fasi si separano e vengono rispettivamente raccolte in due comparti laterali del separatore per essere poi evacuate tramite elettropompe ed inviate a trattamento/smaltimento.

Il condensatore 48 ed il separatore 56 sono collegati all'impianto del vuoto 58 che consente di ottenere il grado di vuoto richiesto nel reattore 4 durante la fase di distillazione estrattiva. L'impianto 58 è collegato al compressore 72 che permette di comprimere il gas per il successivo stoccaggio nel serbatoio 68. Eventuali perdite di gas vengono reintegrate nel serbatoio 68 tramite emissione di gas puro in pressione proveniente dalla bombola 70.

La presente invenzione è stata illustrata e descritta in una sua preferita forma di realizzazione ma si intende che varianti esecutive potranno ad essa in pratica apportarsi senza uscire dall’ambito di protezione del presente brevetto per invenzione industriale.

Claims (9)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Impianto di distillazione estrattiva per la rimozione di sostanze volatili e semivolatili da materiale solido caratterizzato dal fatto di comprendere: - almeno un reattore (4) di distillazione estrattiva del materiale, - mezzi (14,16) di alimentazione del materiale a detto reattore, - mezzi di creazione del vuoto all'interno del reattore caricato con il materiale, - un serbatoio (70) di gas per alimentazione del reattore, - mezzi (10) di riscaldamento del reattore caricato con materiale , - mezzi di condensazione del gas aspirato dal reattore.
2. 2. Impianto secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di comprendere tre reattori in serie rispettivamente da preriscaldamento (2), di distillazione estrattiva (4) e di raffreddamento (6).
3. 3. Impianto secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che il reattore di preriscaldamento (2) e di raffreddamento (6) sono collegati da un circuito (8) di recupero del calore.
4. 4. Impianto secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che il reattore di distillazione estrattiva (4) ed il reattore di raffreddamento (6) sono collegati fra loro da un circuito di riscaldamento (10).
5. 5. Impianto secondo la rivendicazione 3 e 4 caratterizzato dal fatto che il circuito (8) di recupero di calore ed il circuito (10) di riscaldamento scambiano calore con un circuito (50) contenente olio diatermico proveniente da una centrale a combustibile.
6. 6. Impianto secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che i tre reattori sono provviste di uscite che fanno capo ad un unico condotto che passa attraverso ad uno scambiatore (48) di calore di un circuito (50) di raffreddamento.
7. 7. Impianto secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che lo scambiatore è provvisto di uscite facenti capo rispettivamente ad un separatore a fiorentina ed a mezzi di creazione di moto.
8. 8. Impianto secondo la rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto che il reattore (2) di preriscaldamento ed il reattore (6) di raffreddamento fanno capo ad una pompa (84) da vuoto.
9. 9. Impianto di distillazione estrattiva per la rimozione di sostanze volatili e semivolatili da materiale solido secondo le rivendicazioni da 1 a 8 e sostanzialmente come illustrato e descritto.