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08.11.2006 E- ECOMONDO

 

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20.08.08 ECOMONDO Key Energy

 

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Impianto di Pirolisi o Pirolitico

La Pirolisi è un processo ambientalmente compatibile, consentendo, con un processo puramente termico, la trasformazione dei composti e dei materiali organici complessi in prodotti più semplici. Alla base del processo sta il fatto che ad alta temperatura gli idrocarburi a basso peso molecolare risultano più stabili di quelli ad alto peso molecolare: in tali condizioni l’affinità chimica fra carbonio ed idrogeno per formare i primi è maggiore che per formare i secondi.

L’aumento di temperatura provoca la perdita di un atomo di H di qualche idrocarburo formando dei radicali instabili che si rompono in molecole più piccole, stabili, ed altri radicali, cosicché la reazione procede a catena. L’aumento di temperatura favorisce la generazione di radicali e la loro instabilità e quindi accelera tutte le reazioni portando alla formazione di prodotti basso-molecolari e gassosi. L’aumento di pressione favorisce invece l’incontro di radicali fra loro, e quindi la loro riunione con formazione di prodotti stabili a peso molecolare più elevato, e quindi limita la formazione di prodotti gassosi.

La pirolisi degli idrocarburi, o dei materiali contenenti idrocarburi si realizza in ambiente chiuso, senza presenza di ossigeno o di aria.
econdo il materiale da trattare e i prodotti desiderati, la temperatura di pirolisi varia nell’ordine di 300°C. - 600°C e la pressione da ipobarica a qualche bar. Per avere come prodotti idrocarburi a basso peso molecolare è preferibile realizzare la pirolisi in pressioni ipobariche fino alla pressione atmosferica.
Diversamente dalla gasificazione, dove abbiamo una parziale combustione, la pirolisi è un processo di “cracking”, piroscissione degli idrocarburi, che in parole povere vuol dire volumi minori, qualità più alta dei prodotti, minore inquinamento.

La nostra tecnologia

L’impianto di pirolisi che Eko Technology propone sul mercato è formato da un insieme di reattori, forni, combustori, recuperatori di energia e caldaie, auto sostenuti energeticamente, che permettono di recuperare, anche da un materiale dichiarato come rifiuto, prodotti pregiati come gas combustibili e carbone.
L’energia in eccesso viene recuperata per la produzione di vapore da utilizzare per la generazione di energia elettrica mediante un sistema turbina a vapore-alternatore.
Il materiale, nel reattore, subisce un processo di pirolisi craking della materia organica con produzione di pirogas e materiale solido.
Il pirogas è costituito essenzialmente da idrocarburi oltre che da ossido di carbonio ed in piccola parte idrogeno.
La produzione viene realizzata nel reattore ove il materiale introdotto raggiunge la temperatura caratteristica di processo e grazie al continuo rimescolamento dello stesso è garantita una omogeneità termica che è garanzia per il raggiungimento del processo sull’intera massa.
La velocità di trasferimento è inversamente proporzionale alle dimensioni della massa trattata. Il processo inizia già alla temperatura di 100-120°C ed interessa tutto il percorso sviluppato nel reattore. La movimentazione all’interno del reattore è garantita da un sistema di coclee che consente al materiale di percorre il reattore in un senso ed in quello opposto.
Il gas sviluppato viene convogliato in parte nella camera di combustione statica ed in parte nel forno rotativo unitamente alle scorie e combusto ad elevate temperature. La combustione del gas nel forno rotativo consente la vetrificazione delle scorie che vengono allontanate previo raffreddamento.
I fumi prodotti nella combustione con il loro contenuto energetico vengono utilizzati per il riscaldamento ed il raggiungimento della temperatura di pirolisi del materiale e per la produzione di vapore e successivamente trattati per il raggiungimento degli standard europei delle emissioni in atmosfera con un processo di trattamento a secco.
Le scorie, costituite essenzialmente da carbone, vengono combuste nel forno rotativo vetrificate ed estratte. La vetrificazione è tale da consentire un rilascio di metalli in acqua acida inferiori allo standard europeo e pertanto il materiale è considerato inerte.
Il processo, quindi, trasforma il rifiuto in due fasi, una solida ed una gassosa, consentendo una combustione della fase gassosa gestibile più facilmente e con produzione di fumi di gran lunga inferiori ad altri processi .
La fase solida utilizzando parte dei gas prodotti viene resa inerte mediante la vetrificazione recuperando il suo contenuto energetico.
Il processo è molto flessibile e facilmente controllabile lungo tutte le sue fasi.
I rendimenti ottenibili superano il 70%.

Descrizione dell’impianto

L’impianto è costituito dalle seguenti fasi:

• Alimentazione;
• Reattore di pirolisi;
• Camera di combustione gas di pirolisi-vetrificazione;
• Caldaia a recupero per produzione di vapore;
• Unita di trattamento fumi – processo solvay - ;
• Controlli, impianto elettrico, quadro comandi;
• Produzione di energia elettrica.

1. ALIMENTAZIONE:
   Il materiale, C.D.R o farine animali, viene depositato in appositi silos localizzati all’esterno del capannone. Dai silos il materiale viene prelevato e convogliato all’entrata dell’alimentazione a pistone per mezzo di un sistema pneumatico in modo tale da evitare eventuali dispersioni di polveri e/o odori nell’ambiente di lavoro.
   L’alimentatore spinge il materiale all’interno del condotto di entrata del reattore di pirolisi. La speciale costruzione e geometria della coppia alimentatore a pistone-condotto d’entrata, comprimono il materiale all’interno del condotto in modo da creare, con lo stesso materiale, una tenuta la quale non permette all’aria esterna di entrare nel reattore di pirolisi.
   L'accesso della bocca del reattore è munito altresì di una vite di Archimede per la rottura di eventuali ponti e di una rotocella a camere a tenuta.
2. REATTORE DI PIROLISI:
   E’ costituito da un cilindro in acciaio refrattario in grado di sopportare temperature di 1100°C, con all’interno un sistema di coclee in grado di attuare un rimescolamento efficace del materiale oltre che la traslazione dello stesso. La velocità del sistema viene regolata automaticamente a mezzo di plc in connessione delle temperature di progetto. Il reattore viene percorso due volte dal rifiuto assicurando il completo sviluppo del processo.
   La temperatura del processo è di 500-600 °C.
   L’intero reattore è coibentato a mezzo di una camicia costituita da materiale refrattario ed isolante di spessore tale da garantire una temperatura esterna di parete di 60°C quando all’interno persiste una temperatura di 1100°C.
   Tutte le tenute degli organi rotanti sono realizzate con vapore.
   La pressione di esercizio all’interno del reattore è di circa 20 mm di acqua inferiore a quella atmosferica.
   
3. CAMERA DI COMBUSTIONE GAS DI PIROLISI-VETRIFICAZIONE:
   E’ la sede in cui vengono combusti parte dei gas di pirolisi, ha una cubatura di circa 50 mc, la temperatura di combustione è di 1400°C ed è tale da assicurare un tempo di permanenza dei fumi di oltre 3 secondi.
   E’ interamente realizzata in materiale refrattario e rivestita con materiale isolante in modo che la temperatura esterna di parete non superi i 60°C.
   A questa è associato un forno rotativo avente una cubatura di 25mc ove viene realizzata la combustione del carbone e la vetrificazione della frazione solida.
   Le alte temperature sviluppate dalla combustione nel forno vetrificatore bruciano la parte organica contenuta nel materiale solido uscente dalla pirolisi e fondono la parte inorganica la quale cola lungo le pareti verso il fondo del forno per uscire dall’apposita imboccatura.
   Il materiale vetroso inerte in uscita dal forno vetrificatore viene raccolto in una vasca d’acqua dove si raffredda e da lì, mediante un trasportatore viene depositato nel deposito di raccolta di materiale inerte vetrificato.
   I fumi della combustione passano all’interno della camicia refrattaria del reattore, riscaldando dall’esterno il reattore stesso, cedendo così l’energia necessaria per la realizzazione del processo di pirolisi, senza entrare in contatto con il materiale all’interno del reattore di pirolisi.
   
4. CALDAIA A RECUPERO PER PRODUZIONE DI VAPORE:
   E’ una caldaia a fascio tubiero con pluri ricircolo dei fumi (900-1000°C), provenienti dalla combustione dei gas di pirolisi e dalla combustione del carbone contenuto nelle scorie, che sfrutta l’energia termica contenuta dagli stessi per la produzione di vapore surriscaldato. Il fascio tubiero ad acqua è calcolato per una produzione oraria di 20-25 ton di vapore ed é dotata di misuratori di livello acqua trasduttori di pressione e valvole di sicurezza.
   
5. TRATTAMENTO DEI FUMI:
   All’uscita dalla caldaia i fumi sono passati dai 900-1000°C ai 180°C di temperatura.
   Per abbattere le eventuali emissioni inquinanti presenti nel flusso, viene realizzato un trattamento a secco secondo il processo NEUTREC-Solvay. Questo processo consiste nell’iniezione di bicarbonato di sodio (NaHCO3) che a temperature superiori a 140°C si trasforma pressochè istantaneamente in una molecola fortemente porosa e reattiva nei confronti degli acidi, il carbonato di sodio (Na2CO3), liberando acqua (H2O) ed anidride carbonica (CO2) in fase gassosa.
   
   Le reazioni di neutralizzazione degli acidi avvengono in fase gas solido con la formazione di sali di sodio.
   Per catturare gli eventuali metalli pesanti, in aggiunta al bicarbonato di sodio, nello stesso punto viene iniettato del carbone attivo in polvere PCA.
   Il particolato derivante dal trattamento viene catturato in un filtro a maniche per essere poi inviato nel tamburo di vetrificazione. I fumi depurati vengono mandati al camino attraverso una ventola posizionata alla fine del processo così da mantenere in depressione tutto il tratto ed eliminare quindi eventuali fuoriuscite.
   
6. CONTROLLI, IMPIANTO ELETTRICO E QUADRO COMANDI:
   Ciascuna fase viene controllata mediante trasduttori con segnale proporzionale e dotati di comandi di retroazione con transitorio trascurabile in modo da gestire in automatico le varie fasi del processo mediante un terminale a video.
   La fase di caricamento che è la responsabile della quantità di materiale introdotto, viene controllata e regolata dalla temperatura di processo e dalla qualità dei fumi in uscita con processo di decisione assegnata ad un plc.
   La velocità di rotazione del reattore di pirolisi e quindi i tempi di permanenza sono regolati dalla temperatura di processo.
   L’aria di combustione nelle caldaie viene regolata da un analizzatore in continuo di CO ed ossigeno, che può inibire l’intero processo se l’anomalia perdura per oltre 5 sec., oltre che dalla temperatura raggiunta in caldaia.
   La produzione di vapore viene controllata da pressostati e termocoppie che controllano temperatura e pressione del vapore ed agiscono sui dispositivi di sicurezza del sistema.
   Un analizzatore in continuo dei fumi per il controllo dei micro-inquinanti, regola la quantità di bicarbonato e carbone attivo ed è in grado di inibire l’intero sistema qualora l’anomalia superi il tempo di 10 sec.
   Per ciascuna fase sono previsti apparecchi di misura in modo da controllare in tempo reale le quantità in gioco.

Dispositivi di sicurezza

In caso di anomalia delle camere di combustione i gas di pirolisi sono convogliati in due torce e combusti in atmosfera.
Tutte le procedure di accensione e di spegnimento vengono realizzate in presenza di vapore al fine di prevenire indesiderati scoppiettii.

1. PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA:
   I fumi caldi in uscita dal reattore di pirolisi hanno un valore energetico considerevole.
   Questi prodotti possono essere utilizzati come fonte di energia termica per alimentare caldaie a recupero per produrre vapore.
   Il vapore prodotto si può espandere in turbine a vapore a scopo di produzione di energia elettrica.
   Realizzando il ciclo Ranchine a vapore surriscaldato e a condensazione completa si possono produrre fino a 26.250.000 kwh di energia elettrica in un anno con l’impianto a pieno regime per 7.500 ore.
   
   Per realizzare il ciclo Ranchine per la produzione di energia elettrica sono previsti:
   
   
   1. caldaia per la produzione dal vapore surriscaldato.
   2. Turbina a vapore surriscaldato, a condensazione in grado di elaborare 20-22.000 kg/h di vapore
   3. Condensatore di vapore saturo in grado di trattare 20-20.000 kg/h vapore a pressione 0.2 bar assoluti.
   4. Pompe di alimentazione della caldaia (elettropompe e pompe a vapore di riserva)
   5. Elettrogeneratore potenza 250kva.
   6. Allacciamento alla rete elettrica.
   7. Torre di raffreddamento dell’acqua, in grado di circolare 300 m3/h di acqua.
   8. Impianto desalinazione e degassificazione dell’acqua di alimentazione caldaia, capacità di trattamento 6 m3/h.
   9. Bruciatori di olio combustibile.
   10. Bruciatori di carbone polverizzato.
   11. Ventola di rifornimento area di combustione.
   12. Ventola di aspirazione fumi di combustione.
   13. Impianto trattamento fumi di combustione.
   14. Camino smaltimento fumi di combustione.
   15. Accessori per il normale funzionamento della centrale termo-elettrica.
   16. Sala di comando e controllo della centrale termo-elettrica.