ITVR20150065A1 - Procedimento di decomposizione termochimica di rifiuti - Google Patents
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Description
PROCEDIMENTO DI DECOMPOSIZIONE TERMOCHIMICA DI RIFIUTI
DESCRIZIONE
Il presente trovato ha come oggetto un procedimento per ottenere un liquido combustibile ed un solido carbonioso mediante decomposizione termochimica di rifiuti.
Lo smaltimento dei rifiuti costituisce oggigiorno un problema estremamente sentito. Per cercare di limitare il conferimento dei rifiuti in discarica sono stati proposti procedimenti per eliminare i rifiuti mediante combustione ad alta temperatura (incenerimento), che d? come prodotti finali un effluente gassoso, ceneri e polveri. Tali procedimenti vengono condotti in impianti quali inceneritori o termovalorizzatori. Con riferimento ai processi di incenerimento di ultima generazione, il calore sviluppato durante la combustione dei rifiuti viene recuperato e utilizzato per produrre vapore, poi utilizzato per la produzione di energia elettrica o come vettore di calore (ad esempio per il teleriscaldamento). Se da un lato gli impianti di incenerimento hanno permesso di ridurre drasticamente la quantit? di rifiuti conferiti in discarica, d'altro canto essi presentano come svantaggio principale l'emissione in atmosfera di composti estremamente inquinanti (ad esempio le diossine).
Per cercare di superare tale inconveniente sono stati proposti dei procedimenti per il trattamento dei rifiuti che utilizzano tecnologie di tipo non combustivo, le quali prevedono una decomposizione termochimica dei rifiuti ottenendo come prodotti finali un gas o un liquido combustibile e un solido a residuo potere calorifico. Tali procedimenti prevedono che i rifiuti vengano miscelati ad un fluido vettore e ad un catalizzatore di reazione e riscaldati (tipicamente a temperature inferiori a 400?C) in assenza di ossigeno, in modo tale da evitare qualsiasi combustione (e quindi l'emissione di composti gassosi inquinanti).
Un esempio di trattamento di rifiuti mediante tecnologia non combustiva ? descritto nel brevetto tedesco DE 10049377 che insegna un processo per la depolimerizzazione di materiali plastici e di rifiuti in genere contenenti idrocarburi. Tale processo utilizza un reattore associato ad un evaporatore a ricircolo. Il reattore, al quale vengono alimentati i rifiuti da trattare, e i rispettivi condotti di collegamento sono riempiti con olio diatermico o olio combustibile denso miscelato con un catalizzatore. Per fornire alla miscela di olio combustibile denso e rifiuti l'energia necessaria alla reazione chimica di decomposizione si prevede, accanto al reattore, un bruciatore associato ad una camera di combustione del residuo solido ottenuto come sottoprodotto della reazione chimica.
Il brevetto europeo EP 1538191 B1 descrive un impianto in cui il calore necessario alla reazione chimica ? fornito alla miscela di olio combustibile denso e rifiuti, non mediante uno scambiatore esterno al reattore/condotto di reazione ma intervenendo direttamente all'interno del condotto di reazione utilizzando un agitatore meccanico atto a generare un flusso in controcorrente rispetto al flusso pompato della miscela di olio combustibile denso e rifiuti. Il flusso in controcorrente, per attrito, determina il riscaldamento della miscela.
La domanda di brevetto EP 2113017 A1 e la domanda di brevetto PCT WO 2008/102307 A1 descrivono un impianto simile a quello proposto in EP 1538191 B1, in cui il riscaldamento della miscela di olio combustibile denso e rifiuti ? realizzato sempre tramite conversione di energia cinetica in energia termica (attrito) mediante, nel caso specifico, una pompa-turbina concettualmente analoga all'agitatore previsto in EP 1538191 B1.
Le soluzioni proposte nei brevetti citati presentano tuttavia degli inconvenienti costituiti, in particolare, dal costo degli agitatori (o della pompa-turbina) e dal bilancio energetico complessivo della reazione in quanto gli agitatori (o la pompa-turbina) devono utilizzare energia elettrica, convertirla in energia cinetica e quindi, per attrito, trasformarla in calore. A livello puramente esemplificativo, si stima che la potenza assorbita da una pompa-turbina in un impianto industriale di medie dimensioni secondo quanto descritto in EP 2113017 ? pari a circa 180 kW.
Altre domande di brevetto, ad esempio le domande di brevetto PCT WO 2010/149137 e WO 2010/149138 descrivono invece un procedimento di conversione di biomasse tramite la tecnica della liquefazione diretta con l'utilizzo di un olio pesante come fluido di servizio.
Inoltre, in tutti gli impianti ed i processi noti, si riscontra la necessit? di intervenire sui dispositivi di pompaggio, costituiti da pompe centrifughe ad azionamento meccanico, per cercare di limitare le perdite. Tali interventi sono estremamente complessi e costosi a causa della particolare miscela da pompare che presenta, tipicamente, una percentuale di solido di circa il 30% e delle temperature elevate (attorno a 400?C). Gli impianti ed i procedimenti citati, oltre a presentare le problematiche industriali sopra brevemente segnalate, non sono ottimizzati per permettere di ottenere combustibili (sia liquidi che solidi) con caratteristiche chimiche sostanzialmente costanti e che quindi possano costituire un valore aggiunto dal punto di vista economico.
Compito precipuo del presente trovato ? quello di fornire un procedimento per produrre un liquido combustibile ed un solido carbonioso con residuo potere calorifico, a partire da materiali di scarto, che permetta di superare i problemi ed ovviare agli inconvenienti riscontrati nei procedimenti e relativi impianti sopra descritti. Nell'ambito di questo compito, uno scopo del trovato ? quello di fornire un procedimento dove il liquido combustibile ed il solido carbonioso siano ottenuti senza reazioni di combustione dei materiali di scarto.
Un altro scopo del trovato ? quello di fornire un procedimento per produrre un liquido combustibile ed un solido carbonioso aventi elevato potere calorifico.
Ancora, la presente invenzione ha come scopo quello di fornire un procedimento per produrre un liquido combustibile in cui determinate componenti chimiche sono sempre presenti, indipendentemente dal tipo di rifiuti utilizzati, garantendo cos? di ottenere un prodotto finale omogeneo dal punto di vista della composizione chimica e, conseguentemente, delle caratteristiche chimiche. Non ultimo scopo del trovato ? quello di realizzare un procedimento che sia di elevata affidabilit? ed efficacia, di facile realizzazione anche su ampia scala e che comporti costi di attuazione e di gestione competitivi.
Questo compito, nonch? questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un procedimento per la preparazione di un liquido combustibile e di un solido carbonioso mediante decomposizione termochimica di rifiuti, che comprende le seguenti fasi:
(a) preparare una miscela di reazione comprendente i rifiuti ed un fluido vettore costituito da un olio selezionato dal gruppo costituito da: un olio diatermico, un olio minerale e loro miscele;
(b) mantenere la miscela di reazione ad una temperatura compresa tra 320?C e 370?C e ad una pressione compresa tra -200 mbarg e 200 mbarg per un tempo compreso tra 90 e 180 minuti;
(c) estrarre e rettificare il liquido combustibile dalla miscela di reazione mediante colonna per distillazione frazionata;
(d) separare il solido carbonioso dal fluido vettore mediante evaporatore a strato sottile; dove il liquido combustibile comprende le seguenti componenti:
(i) idrocarburi alifatici lineari e/o ramificati aventi da 8 a 25 atomi di carbonio;
(ii) fenolo, opzionalmente sostituito con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil, alchenil, alcossi e idrossile;
(iii) idrocarburi policiclici aromatici, opzionalmente sostituiti con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil, alchenil, alcossi e idrossile;
(iv) composti aromatici solforati, opzionalmente sostituiti con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil, alchenil, alcossi e idrossile;
(v) composti aromatici azotati, opzionalmente sostituiti con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil, alchenil, alcossi e idrossile.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di alcune forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, del procedimento per la preparazione di un liquido combustibile e di un solido carbonioso con residuo potere calorifico secondo il trovato. Nella descrizione che segue, singole caratteristiche, indicate in relazione a specifiche forme di realizzazione del trovato, potranno essere intercambiate o combinate con altre caratteristiche, indicate in relazione ad altre specifiche forme di realizzazione del trovato.
In un primo aspetto, come si ? detto, la presente invenzione riguarda un procedimento per preparare un solido carbonioso ed un liquido combustibile comprendente componenti chimiche determinate, sfruttando la decomposizione termochimica dei rifiuti. Come descritto pi? sopra in maggior dettaglio, il procedimento comprende le fasi di: (a) preparare la miscela di reazione comprendente i rifiuti ed un fluido vettore;
(b) mantenere tale miscela nelle condizioni necessarie perch? abbia luogo la reazione di decomposizione termochimica dei rifiuti;
(c) estrarre e rettificare dalla miscela il liquido combustibile, mediante distillazione frazionata;
(d) separare il solido carbonioso dal fluido vettore.
La miscela di reazione preparata nella fase (a) comprende, insieme ai rifiuti, un fluido vettore; tale fluido vettore ? un olio, ed ? selezionato dal gruppo costituito da: un olio diatermico, un olio minerale e loro miscele. In particolare, l'olio minerale pu? essere esausto o non esausto. Esempi di oli diatermici che possono essere utilizzati nella miscela di reazione sono gli oli paraffinici pesanti, preferibilmente solventedecerati. Esempi di oli minerali che possono essere utilizzati nella miscela di reazione sono gli oli lubrificanti a base paraffinica e/o polialfaolefinica derivati dalla raffinazione del petrolio.
I rifiuti da trattare vengono generalmente triturati fino a raggiungere una pezzatura di circa 8-10 mm prima di essere miscelati al fluido vettore.
Oltre ai rifiuti ed al fluido vettore, la miscela di reazione preparata nella fase (a) pu? ulteriormente comprendere uno o pi? catalizzatori per aumentare la velocit? della reazione di decomposizione termochimica dei rifiuti. L'effetto degli uno o pi? catalizzatori in termini di resa dei prodotti ? dipendente dal tipo di rifiuti, ma in generale la presenza degli uno o pi? catalizzatori incrementa di circa il 30-40% la conversione dei rifiuti in forma di liquido combustibile.
Gli uno o pi? catalizzatori sono indipendentemente selezionati dal gruppo costituito da materiali solidi il cui sito attivo (sito catalitico) ha caratteristiche acide, basiche, o anfotere. Come ? noto al tecnico del ramo, un anfotero pu? manifestare un comportamento sia acido che basico a seconda delle condizioni chimiche nelle quali si trova; esempi di catalizzatori anfoteri possono essere materiali acidi drogati con composti basici dispersi all'interno della struttura cristallina. Nel contesto della presente invenzione, l'acidit? e la basicit? dei siti attivi dei catalizzatori sono valutate secondo la teoria di Lewis o secondo la teoria di Br?nsted-Lowry. Poich? gli uno o pi? catalizzatori e i reagenti sono presenti in due fasi differenti (rispettivamente solida e fluida), la catalisi ? di tipo eterogeneo. Quando gli uno o pi? catalizzatori sono presenti nella miscela di reazione, la loro quantit? ? compresa tra 0,1% e 1% in peso rispetto al peso totale della miscela. Preferibilmente, gli uno o pi? catalizzatori possono essere indipendentemente selezionati tra gli ossidi metallici. In una forma di realizzazione pi? preferita, il catalizzatore pu? essere ossido di alluminio. In un'altra forma di realizzazione pi? preferita, il catalizzatore pu? essere ossido di magnesio.
La miscela di reazione preparata nella fase (a) ha la forma fisica di uno slurry, cio? una sorta di fluido denso in cui un solido (in questo caso, i rifiuti sminuzzati) ? polverizzato all'interno di un liquido (in questo caso, il fluido vettore). La forma fisica dello slurry ? particolarmente vantaggiosa in quanto consente alla miscela di reazione di venire pompata attraverso il circuito di reazione dell'impianto in cui avviene la decomposizione termochimica, mantenendo cos? sempre sempre attivo il circuito di reazione stesso. A livello industriale, quindi, il procedimento dell'invenzione pu? essere condotto operando in continuo.
La fase (b) del procedimento consiste nel mantenere la miscela di reazione ad una temperatura compresa tra 320?C e 370?C e ad una pressione compresa tra -200 mbarg e 200 mbarg, per un tempo compreso tra 90 e 180 minuti. Poich?, come detto poc'anzi, il procedimento pu? essere condotto in continuo, il tempo di reazione indicato va pertanto considerato una stima del tempo necessario perch? abbia luogo la reazione di decomposizione dei rifiuti, quindi del tempo di permanenza medio dei rifiuti all'interno del sistema di reazione. Nelle condizioni suddette di temperatura e pressione ha luogo la reazione di decomposizione termochimica dei rifiuti presenti nella miscela. E' da notare che la temperatura di reazione del procedimento viene mantenuta ad un valore notevolmente pi? basso rispetto a quello di un processo di cracking catalitico tradizionale (600-700?C). Lavorando a bassa temperatura (320-370?C) e in assenza di ossigeno atmosferico si evita la formazione di sostanze inquinanti quali le diossine e i furani, particolarmente dannosi per la salute e per l'ambiente. In una forma di realizzazione preferita, la temperatura di reazione pu? essere compresa tra 340?C e 360?C; pi? preferibilmente, la temperatura di reazione pu? essere compresa tra 345?C e 355?C.
Una volta che i rifiuti presenti nella miscela hanno subito la decomposizione termochimica, i prodotti finali, ossia il liquido combustibile ed il solido carbonioso possono essere estratti dalla miscela.
Il liquido combustibile viene estratto dalla miscela di reazione e rettificato mediante una colonna per distillazione frazionata (fase (c) del procedimento), nella quale vengono convogliati i vapori di idrocarburi prodotti dalla reazione di decomposizione termochimica. La colonna separa i vapori di idrocarburi e li condensa in due frazioni: (i) idrocarburi liquidi leggeri (ad esempio kerosene) e (ii) combustibile liquido comprendente idrocarburi liquidi pesanti. Gli idrocarburi leggeri fuoriescono dalla testa della colonna di distillazione, mentre il combustibile liquido viene raccolto mediante un prelievo laterale dalla colonna e filtrato per trattenere il particolato solido eventualmente presente. In una forma di realizzazione, qualora non si desideri separare gli idrocarburi liquidi leggeri dal liquido combustibile, ? possibile operare l'estrazione esclusivamente dalla testa della colonna e raccogliere la miscela di idrocarburi liquidi leggeri e liquido combustibile.
In una forma di realizzazione preferita, la rettifica del liquido combustibile mediante colonna di distillazione pu? avvenire ad una temperatura di testa compresa tra 150?C e 300?C e ad una pressione di testa compresa tra 300 mbarabs e 600 mbarabs.
Nel tempo, sostanze carboniose derivanti dalla reazione, composti inerti gi? presenti nella materia prima ed, eventualmente, catalizzatore esausto, tendono ad accumularsi nell'ambiente di reazione, saturandolo e portando ad un aumento della densit? dello slurry. Per prevenire questo fenomeno, lo slurry pu? essere diluito mediante aggiunta di ulteriore fluido vettore, oppure, preferibilmente, bisogna eliminare dal circuito di reazione le sostanze di cui sopra, per evitare intasamenti. Questa operazione ? realizzata prelevando dal circuito di reazione parte dello slurry, che viene trattato per estrarre il solido carbonioso dal fluido vettore (fase (d) del procedimento) e recuperare quest'ultimo. La separazione del solido carbonioso dal fluido vettore avviene mediante evaporazione flash sottovuoto e l'evaporatore utilizzato ? del tipo a strato sottile. Il fluido vettore (olio) evapora, separandosi dal residuo solido, e successivamente i vapori vengono ricondensati e recuperati. Il residuo solido viene scaricato dal fondo dell'evaporatore e raffreddato ad una temperatura compresa tra 70?C e 80?C.
Preferibilmente, la temperatura alla quale avviene l'evaporazione pu? essere compresa tra 280?C e 340?C e la pressione pu? essere compresa tra 2 mbarabs e 40 mbarabs.
Come si ? detto, il procedimento secondo il presente trovato permette di preparare un liquido combustibile comprendente (i) idrocarburi alifatici lineari e/o ramificati aventi da 8 a 25 atomi di carbonio, (ii) fenolo, (iii) idrocarburi policiclici aromatici, (iv) composti aromatici solforati e (v) composti aromatici azotati, dove ciascuna delle componenti (ii), (iii), (iv) e (v), indipendentemente dalle altre, pu? essere sostituita con uno o pi? gruppi, indipendentemente selezionati tra alchil, alchenil, alcossi e idrossile. In una forma di realizzazione preferita, ciascun gruppo alchil, indipendentemente l'uno dall'altro, pu? avere una catena avente da 1 a 8 atomi di carbonio. Pi? preferibilmente, tale catena pu? avere da 1 a 4 atomi di carbonio. Allo stesso modo, in un'altra forma di realizzazione preferita, ciascun gruppo alchenil, indipendentemente l'uno dall'altro, pu? avere una catena avente da 1 a 8 atomi di carbonio. Pi? preferibilmente, tale catena pu? avere da 1 a 4 atomi di carbonio. Analogamente, ciascun gruppo alcossi, indipendentemente l'uno dall'altro, pu? avere una catena avente da 1 a 8 atomi di carbonio. Pi? preferibilmente, tale catena pu? avere da 1 a 4 atomi di carbonio.
La materia prima di partenza che viene degradata mediante decomposizione termochimica nel procedimento dell'invenzione ? rappresentata da materiali di scarto di vario tipo, ossia rifiuti. In una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, ? possibile utilizzare rifiuti aventi elevato potere calorifico. In una forma di realizzazione particolarmente preferita, i rifiuti aventi elevato potere calorifico possono essere, a titolo di esempio, i combustibili derivati da rifiuti (CDR), il car fluff, le biomasse solide. E' altres? possibile utilizzare miscele di tali rifiuti ad elevato potere calorifico.
I combustibili derivati da rifiuti (CDR), comunemente noti con il nome di ecoballe, sono combustibili solidi ottenuti da rifiuti adeguatamente selezionati e trattati e sono generalmente utilizzati per alimentare i termovalorizzatori. L'espressione "car fluff" indica i rifiuti ottenuti dalla demolizione degli autoveicoli e sminuzzati in forma di fluff, ossia simile a coriandoli. L'espressione "biomasse solide" definisce qualsiasi combustibile solido a base di materia organica, ad esclusione dei combustibili fossili e delle plastiche di origine petrolchimica.
Indipendentemente dal tipo di rifiuti utilizzati come materiale di partenza, nel liquido combustibile prodotto con il procedimento dell'invenzione sono sempre presenti (i) idrocarburi alifatici lineari e/o ramificati aventi da 8 a 25 atomi di carbonio, (ii) fenolo, (iii) idrocarburi policiclici aromatici, (iv) composti aromatici solforati e (v) composti aromatici azotati, dove le componenti (ii)-(v) possono essere opzionalmente sostituite come descritto precedentemente. Tuttavia, il fluido combustibile pu? contenere ulteriori componenti, variabili a seconda dei rifiuti di partenza.
In particolare, quando i rifiuti utilizzati come materiale di partenza sono CDR, car fluff o loro miscele, il liquido combustibile pu? ulteriormente comprendere una o pi? delle seguenti componenti: (i) composti eterociclici alifatici opzionalmente sostituiti con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil e alchenil;
(ii) benzene sostituito con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil e alchenil;
(iii) naftalene, opzionalmente sostituito con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil e alchenil;
(iv) difenile, opzionalmente sostituito con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil e alchenil.
In una forma di realizzazione preferita, gli eterocicli alifatici presenti nel liquido combustibile ottenuto usando CDR, car fluff o loro miscele come materiale di partenza possono comprendere uno o pi? eteroatomi indipendentemente selezionati dal gruppo costituito da azoto, zolfo e ossigeno.
In un'altra forma di realizzazione preferita, gli idrocarburi alifatici lineari e/o ramificati presenti nel liquido combustibile ottenuto usando CDR, car fluff o loro miscele come materiale di partenza possono avere da 12 a 22 atomi di carbonio. Pi? preferibilmente, tali idrocarburi alifatici lineari e/o ramificati possono avere da 16 a 20 atomi di carbonio.
In un'ulteriore forma di realizzazione preferita, il benzene sostituito presente nel liquido combustibile ottenuto usando CDR, car fluff o loro miscele come materiale di partenza pu? essere trimetilbenzene o metilstirene.
Inoltre, i gruppi alchil e alchenil che possono essere presenti come sostituenti degli eterocicli alifatici, del benzene, del naftalene e del difenile presenti nel liquido combustibile ottenuto usando CDR, car fluff o loro miscele come materiale di partenza, possono avere una catena con un numero di atomi di carbonio compreso tra 1 e 8. Pi? preferibilmente, tale catena pu? avere un numero di atomi di carbonio compreso tra 1 e 4.
Quando invece i rifiuti utilizzati come materiale di partenza sono biomasse solide o loro miscele, il liquido combustibile pu? ulteriormente comprendere una o pi? delle seguenti componenti: (i) esteri degli acidi grassi;
(ii) acido benzoico, opzionalmente sostituito con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil, alchenil, alcossi e idrossile;
(iii) esteri alifatici dell'acido benzoico opzionalmente sostituito con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil, alchenil, alcossi e idrossile;
(iv) composti aromatici eterociclici in cui l'eteroatomo ? azoto, opzionalmente sostituiti con almeno un sostituente comprendente ossigeno;
(v) alcheni lineari e/o ciclici.
In una forma di realizzazione preferita, il liquido combustibile ottenuto usando biomasse solide o loro miscele come materiale di partenza pu? comprendere esteri di acidi grassi lineari, esteri di acidi grassi ramificati, o una miscela di esteri di acidi grassi lineari e ramificati. Inoltre, tale liquido combustibile pu? comprendere esteri di acidi grassi saturi, esteri di acidi grassi insaturi o una miscela di esteri di acidi grassi saturi ed insaturi.
In un'altra forma di realizzazione preferita, i gruppi alchil, alchenil e alcossi che possono essere presenti come sostituenti dell'acido benzoico e dei suoi esteri alifatici presenti nel liquido combustibile ottenuto usando biomasse solide o loro miscele come materiale di partenza, possono avere una catena con un numero di atomi di carbonio compreso tra 1 e 8. Pi? preferibilmente, tale catena pu? avere un numero di atomi di carbonio compreso tra 1 e 4.
Preferibilmente, gli eterocicli aromatici dove l'eteroatomo ? azoto, presenti nel liquido combustibile ottenuto usando biomasse solide o loro miscele come materiale di partenza, possono essere sostituiti da un gruppo metossi. Pi? preferibilmente, tali eterocicli aromatici dove l'eteroatomo ? azoto possono essere sostituiti da un gruppo metossi ed un gruppo idrossile.
Il procedimento qui descritto pu? essere attuato in un impianto del tipo descritto nel brevetto italiano n. 1408057, esteso a domanda internazionale PCT/EP2012/065532 (WO 2013021011).
Un altro aspetto dell'invenzione riguarda il liquido combustibile ottenibile mediante il procedimento qui descritto.
In tale liquido combustibile, alcune componenti chimiche sono sempre presenti, indipendentemente dal tipo di rifiuti utilizzati come materiale di partenza; la presenza di ulteriori componenti chimiche invece dipende dal tipo di rifiuti trattati.
In particolare, idrocarburi alifatici lineari e/o ramificati aventi da 8 a 25 atomi di carbonio, fenolo, idrocarburi policiclici aromatici, composti aromatici solforati e composti aromatici azotati si ritrovano sempre nel liquido combustibile preparato con il procedimento dell'invenzione, a prescindere dal tipo di rifiuti trattati. Fenolo, idrocarburi policiclici aromatici, composti aromatici solforati e composti aromatici azotati possono opzionalmente essere sostituiti con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil, alchenil, alcossi e idrossile, come descritto precedentemente con riferimento al procedimento.
Inoltre, nel caso in cui i rifiuti trattati siano CDR, car fluff o loro miscele, il liquido combustibile pu? comprendere ulteriormente una o pi? delle seguenti componenti:
(i) composti eterociclici alifatici;
(ii) benzene sostituito con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil e alchenil;
(iii) naftalene;
(iv) difenile.
I composti eterociclici alifatici, il naftalene ed il difenile possono opzionalmente essere sostituiti con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil e alchenil, come descritto precedentemente con riferimento al procedimento. Invece, nel caso in cui i rifiuti trattati siano biomasse solide o loro miscele, il liquido combustibile pu? comprendere ulteriormente una o pi? delle seguenti componenti:
(i) esteri degli acidi grassi;
(ii) acido benzoico;
(iii) esteri alifatici dell'acido benzoico;
(iv) composti aromatici eterociclici in cui l'eteroatomo ? azoto, opzionalmente sostituiti con almeno un sostituente comprendente ossigeno;
(v) alcheni lineari e/o ciclici.
L'acido benzoico (sia come tale sia in forma dei suoi esteri alifatici) pu? essere opzionalmente sostituito con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil, alchenil, alcossi e idrossile, come descritto precedentemente con riferimento al procedimento.
Come si ? detto, quindi, il procedimento secondo il presente trovato permette di preparare un liquido combustibile ed un solido carbonioso le cui caratteristiche chimico-fisiche sono esemplificate negli esempi che seguono.
ESEMPI:
Di seguito si riportano i risultati analitici condotti su due solidi carboniosi ottenuti con il procedimento secondo l'invenzione.
Campione 1: solido essiccato ottenuto per decomposizione termochimica di biomassa solida (segatura). Solido con presenza di agglomerati di piccola-media dimensione, nerastro, inodore.
Campione 2: carbone ottenuto per decomposizione termochimica di car fluff. Solido polverulento con presenza di agglomerati di piccola-media dimensione, nero, inodore.
Alla luce di quanto descritto, si ? in pratica constatato come il procedimento secondo la presente invenzione assolva pienamente il compito prefissato in quanto permette di ottenere un liquido combustibile ed un solido carbonioso a partire da materiali di scarto, senza i problemi e gli inconvenienti legati ai procedimenti finora utilizzati. In particolare, mediante il procedimento dell'invenzione la produzione del liquido combustibile e del solido carbonioso avviene senza ricorrere a reazioni di combustione dei materiali di scarto, evitando cos? l'emissione di sostanze inquinanti. Inoltre, il liquido combustibile ed il solido carbonioso prodotti con il procedimento qui descritto possiedono un elevato potere calorifico residuo.
Ancora, il procedimento dell'invenzione porta ad un liquido combustibile che comprende sempre alcune componenti chimiche ben determinate, indipendentemente dal tipo di rifiuti utilizzati, permettendo cos? di mantenere l'omogeneit? del prodotto finale.
Il procedimento per la preparazione di un liquido combustibile e di un solido carbonioso mediante decomposizione termochimica di rifiuti secondo la presente invenzione, nonch? il liquido combustibile ottenibile da tale procedimento, cos? concepiti, sono suscettibili di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti, la cui corrispondenza sia nota al tecnico del settore.
Claims (14)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la preparazione di un liquido combustibile e di un solido carbonioso mediante decomposizione termochimica di rifiuti comprendente le fasi di: (a) preparare una miscela di reazione comprendente i rifiuti ed un fluido vettore costituito da un olio selezionato dal gruppo costituito da: un olio diatermico, un olio minerale e loro miscele; (b) mantenere la miscela di reazione ad una temperatura compresa tra 320?C e 370?C e ad una pressione compresa tra -200 mbarg e 200 mbarg per un tempo compreso tra 90 e 180 minuti; (c) estrarre e rettificare il liquido combustibile dalla miscela di reazione mediante colonna per distillazione frazionata; (d) separare il solido carbonioso dal fluido vettore mediante evaporatore a strato sottile; dove il liquido combustibile comprende le seguenti componenti: (i) idrocarburi alifatici lineari e/o ramificati aventi aventi da 8 a 25 atomi di carbonio; (ii) fenolo, opzionalmente sostituito con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil, alchenil, alcossi e idrossile; (iii) idrocarburi policiclici aromatici, opzionalmente sostituiti con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil, alchenil, alcossi e idrossile; (iv) composti aromatici solforati, opzionalmente sostituiti con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil, alchenil, alcossi e idrossile; (v) composti aromatici azotati, opzionalmente sostituiti con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil, alchenil, alcossi e idrossile.
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1 dove la miscela di reazione preparata nella fase (a) comprende ulteriormente da 0,1% a 1% in peso rispetto al peso totale della miscela, di uno o pi? catalizzatori della reazione di decomposizione termochimica, indipendentemente selezionati dal gruppo costituito da materiali solidi il cui sito attivo ha caratteristiche acide, basiche, o anfotere.
- 3. Procedimento secondo la rivendicazione 2 dove gli uno o pi? catalizzatori della reazione di decomposizione termochimica sono indipendentemente selezionati dal gruppo costituito dagli ossidi metallici.
- 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3 dove nella fase (b) la miscela di reazione ? mantenuta ad una temperatura compresa tra 345?C e 355?C.
- 5. Procedimento secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti dove la rettifica del liquido combustibile mediante colonna di distillazione avviene ad una temperatura di testa compresa tra 150?C e 300?C e ad una pressione di testa compresa tra 300 mbarabs e 600 mbarabs.
- 6. Procedimento secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti dove la separazione del solido carbonioso dal fluido vettore mediante evaporatore a strato sottile avviene ad una temperatura compresa tra 280?C e 340?C e ad una pressione compresa tra 2 mbarabs e 40 mbarabs.
- 7. Procedimento secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti dove ciascun gruppo alchil, ciascun gruppo alchenil e ciascun gruppo alcossi ha, indipendentemente l'uno dall'altro, una catena avente da 1 a 4 atomi di carbonio.
- 8. Procedimento secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti dove i rifiuti sono selezionati dal gruppo costituito da combustibili derivati da rifiuti (CDR), car fluff, biomasse solide e loro miscele.
- 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8 dove, quando i rifiuti sono CDR, car fluff o loro miscele, il liquido combustibile comprende ulteriormente una o pi? delle seguenti componenti: (i) composti eterociclici alifatici opzionalmente sostituiti con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil e alchenil; (ii) benzene sostituito con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil e alchenil; (iii) naftalene, opzionalmente sostituito con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil e alchenil; (iv) difenile, opzionalmente sostituito con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil e alchenil.
- 10. Procedimento secondo la rivendicazione 9 dove i composti eterociclici alifatici comprendono uno o pi? eteroatomi indipendentemente selezionati dal gruppo costituito da azoto, zolfo e ossigeno.
- 11. Procedimento secondo la rivendicazione 8 dove, quando i rifiuti sono CDR, car fluff o loro miscele, gli idrocarburi alifatici lineari e/o ramificati hanno da 16 a 20 atomi di carbonio.
- 12. Procedimento secondo la rivendicazione 8 dove, quando i rifiuti sono biomasse solide o loro miscele, il liquido combustibile comprende ulteriormente una o pi? delle seguenti componenti: (i) esteri degli acidi grassi; (ii) acido benzoico, opzionalmente sostituito con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil, alchenil, alcossi e idrossile; (iii) esteri alifatici dell'acido benzoico opzionalmente sostituito con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil, alchenil, alcossi e idrossile; (iv) composti aromatici eterociclici in cui l'eteroatomo ? azoto, opzionalmente sostituiti con almeno un sostituente comprendente ossigeno; (v) alcheni lineari e/o ciclici.
- 13. Procedimento secondo la rivendicazione 9 o la rivendicazione 12 dove ciascun gruppo alchil, ciascun gruppo alchenil e ciascun gruppo alcossi ha, indipendentemente l'uno dall'altro, una catena avente da 1 a 4 atomi di carbonio.
- 14. Liquido combustibile ottenibile dal procedimento secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, comprendente le seguenti componenti: (i) idrocarburi alifatici lineari e/o ramificati aventi da 8 a 25 atomi di carbonio; (ii) fenolo, opzionalmente sostituito con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil, alchenil, alcossi e idrossile; (iii) idrocarburi policiclici aromatici, opzionalmente sostituiti con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil, alchenil, alcossi e idrossile; (iv) composti aromatici solforati, opzionalmente sostituiti con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil, alchenil, alcossi e idrossile; (v) composti aromatici azotati, opzionalmente sostituiti con uno o pi? gruppi indipendentemente selezionati tra alchil, alchenil, alcossi e idrossile.
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