CH694696A5 - Procedimento e dispositivo per la produzione di idrogeno e anidride carbonica da gassificazione di materie prime. - Google Patents

Procedimento e dispositivo per la produzione di idrogeno e anidride carbonica da gassificazione di materie prime. Download PDF

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CH694696A5
CH694696A5 CH02495/00A CH24952000A CH694696A5 CH 694696 A5 CH694696 A5 CH 694696A5 CH 02495/00 A CH02495/00 A CH 02495/00A CH 24952000 A CH24952000 A CH 24952000A CH 694696 A5 CH694696 A5 CH 694696A5
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Description


  



   La presente invenzione concerne un procedimento e un dispositivo  per la gassificazione dell'idrogeno e del carbonio contenuti nelle  molecole di sostanze alimentate. Tali sostanze possono indifferentemente  essere di natura liquida, solida e fangosa e provenire da processi  industriali e da processi di selezione e trattamento dei rifiuti  urbani e assimilabili a essi. Nel seguito di questa descrizione le  sostanze di cui sopra verranno definite "materie prime". 



   I confini, mai ben definiti, del cosiddetto "sviluppo sostenibile"  si scontrano ogni giorno con il sempre crescente fabbisogno di energia  pulita, e con la necessità di eliminare tutte le sostanze non più  riutilizzabili nei processi da cui sono state generate, o per gli  scopi per cui sono state prodotte, troppo genericamente chiamate  rifiuti e come tali trattati in processi utilizzanti tecnologie alquanto  scadenti. La costruzione di enormi discariche fu la prima risposta  "tecnologica" allo smaltimento dei "rifiuti".

   La realizzazione di  impianti di incenerimento dove l'alternativa tecnologica era (ed  è) costituita dalla scelta tra la "griglia" o il "letto fluido",  facendo passare in secondo piano il grande problema dell'impianto  per il trattamento dei gas di combustione che comunque rappresenta  il problema maggiore, sia in termini di rendimento ecologico (volume  di emissioni molto consistenti), di recupero energetico (scarso rendimento  di energia recuperata), di dimensioni di impianto (l'impianto di  abbattimento è molto più grande della sezione di incenerimento),  di costi di esercizio (il costo di neutralizzazione dei gas    supera  il costo di incenerimento). Da queste considerazioni emerge chiaramente  che l'attuale tecnologia di incenerimento ha dei grossi limiti che  non potranno più essere tollerati a lungo. 



   La presente invenzione si propone come obiettivo di realizzare un  processo che permetta, a partire da materie prime, appositamente  prodotte e/o ricavate direttamente da rifiuti, di produrre idrogeno  e anidride carbonica ad alta percentuale di purezza, utilizzabili  in qualsiasi attività industriale o civile come materia prima, senza  produrre inquinamento atmosferico. Particolare attenzione è stata  dedicata alla ricerca di anteriorità del brevetto. Dall'analisi comparativa  effettuata emergono chiaramente le sostanziali novità apportate nella  presente invenzione. A sostegno di questa affermazione vedasi la  Tabella allegata, dove sono state messe a confronto le caratteristiche  principali dei 10 brevetti, ritenuti più significativi e affini,  con le caratteristiche della presente domanda di brevetto. 



   



   Tabella 



    <tb><TABLE> Columns = 7  <tb>Head Col 1: N DEG  Brevetto Inventore <tb>Head  Col 2: EP 0 292 987 Tognazzo Val. <tb>Head Col 3: EP 0 545 241  Goehler Peter <tb>Head Col 4: JP 6 009 967 Takeuchi Y. <tb>Head  Col 5: DE 4 313 613 Eichler Diet. <tb>Head Col 6: EP 0 653 478  Jungk Klaus <tb>Head Col 7:

   DE 4 412 360 Rabe Wolfgang <tb><SEP>  Pubblicazione<SEP> 1988-11-30<SEP> 1993-06-09<SEP> 1994-01-18<SEP>  1994-10-27<SEP> 1995-05-17<SEP> 1995-10-19 <tb><SEP> Modalità di  alimentazione Materie prime<SEP> Disgregatore termico<SEP> Triturazione<SEP>  Non dichiarata<SEP> Macinazione<SEP> Non dichiarata<SEP> Atomizzazione  in fase liquida <tb><SEP> Combustibile<SEP> Idrogeno<SEP> Syngas<SEP>  Gas naturale Materie prime<SEP> Gas naturale<SEP> Gas naturale  Materie prime<SEP> Materie prime <tb><SEP> Comburente<SEP> Ossigeno<SEP>  Ossigeno<SEP> Ossigeno<SEP> Aria<SEP> Aria<SEP> Ossigeno <tb><SEP>  Temperatura esercizio<SEP> >1600 DEG C<SEP> 650 DEG  Cpirolisi  1400 DEG  Cgass.<SEP> 800/1000 DEG C<SEP> 1200 DEG C<SEP> Low temp.<SEP>  1300/2000 <tb><SEP> Profilo term.

   Variabile<SEP> NO<SEP> NO<SEP>  NO<SEP> NO<SEP> NO<SEP> NO <tb><SEP> Tipologia reattore<SEP> Verticale,  tripla camera<SEP> Orizzon. Pirol. Verticale gass<SEP> ?<SEP>  Cilindrico ?<SEP> Orizzontale Rotante<SEP> Verticale <tb><SEP>  Residui del processo<SEP> Vetrificati<SEP> Vetrificati<SEP> Ceneri<SEP>  Carboniosi<SEP> Carboniosi<SEP> Vetrificati <tb><SEP> Forma rec.  Energetico<SEP> H 2 , CO 2 , H 2 O<SEP> Syngas<SEP> Fuel per turbina  a gas Metanolo<SEP> H 2  e CO 2 <SEP> Syngas<SEP> Syngas <tb><SEP>  Accumulo in camera<SEP> NO<SEP> SI (pirolisi)<SEP> SI<SEP> SI<SEP>  SI<SEP> NO <tb><SEP> Tipo di reazione<SEP> gassificazione<SEP> Pirolisi  Gassificazione<SEP> gassificazione<SEP> gassificazione<SEP> Pirolisi<SEP>  gassificazione  <tb></TABLE> 



    <tb><TABLE> Columns = 6  <tb>Head Col 1: N DEG  Brevetto Inventore <tb>Head  Col 2: DE4  444 845 Kuehschweiger <tb>Head Col 3: WO 9 640 843  Bishop N. <tb>Head Col 4: WO 9 715 640 Sharpe John <tb>Head Col  5: EP0  837 120 Tomadini <tb>Head Col 6: Presente Domanda di Brevetto  Sorace Vincenzo <tb><SEP> Pubblicazione<SEP> 1996-07-18<SEP> 1996-12-19<SEP>  1997-05-01<SEP> 1998-04-22<SEP> 2000-12-XX <tb><SEP> Modalità di  alimentazione Materie prime<SEP> Essiccamento Doppio canale<SEP>  Triturazione<SEP> A spinta<SEP> Tal quale con triturazione<SEP>  Pressione differenziale addensamento macinazione controllata fluidificazione <tb><SEP>  Combustibile<SEP> Solido<SEP> Gas naturale<SEP> Materie prime<SEP>  Gas naturale,

   Materie prime<SEP> Gas naturale <tb><SEP> Comburente<SEP>  Aria calda<SEP> Ossigeno<SEP> Aria<SEP> Aria<SEP> Ossigeno <tb><SEP>  Temperatura esercizio<SEP> High temp.<SEP> 650/800<SEP> 600/1000<SEP>  700/800  DEG C<SEP> Profilo termico variabile 350/1200 DEG C <tb><SEP>  Profilo term. variabile<SEP> NO<SEP> NO<SEP> NO<SEP> NO<SEP> SI <tb><SEP>  Tipologia reattore<SEP> Verticale<SEP> Orizzontale rotante<SEP>  Verticale<SEP> Verticale<SEP> Monotubolare verticale a sezione  variabile <tb><SEP> Residui del processo<SEP> Vetrificati<SEP>  Carboniosi<SEP> Ceneri<SEP> Carboniosi<SEP> Polverosi o vetrificati <tb><SEP>  Forma rec.

   energetico<SEP> Energia termica<SEP> Syngas<SEP> Energia  termica<SEP> Syngas Vapore CH 4 <SEP> H 2 , CO 2  <tb><SEP>  Accumulo in camera<SEP> NO<SEP> SI<SEP> SI<SEP> SI<SEP> NO <tb><SEP>  Tipo di reazione<SEP> gassificazione combustione<SEP> gassificazione<SEP>  Pirolisi gassificazione combustione<SEP> Pirolisi lenta<SEP>  gassificazione veloce  <tb></TABLE> 



   In particolare è oggetto della presente invenzione un procedimento,  destinato al trattamento e conversione di materie prime, comprendente  le seguenti fasi: 



   1. alimentazione e dosaggio combinato di materie prime 



   2. piroscissione veloce con gassificazione delle molecole contenute  nelle materie alimentate 



   3. estrazione dei residui solidi di gassificazione in forma polverosa  o vetrificata 



   4. neutralizzazione e purificazione dei syngas ottenuti 



   5. compressione dei syngas 



   6. conversione catalitica del CO in H 2 



   7. separazione dell'anidride carbonica contenuta nei syngas 



   8. separazione dell'idrogeno contenuto nei syngas 



   9. recupero e riutilizzo della miscela di syngas residua 



   Altro oggetto dell'invenzione è un dispositivo per la realizzazione  del suddetto procedimento. 



   Le fasi sopra indicate prevedono i seguenti passaggi:  1. Procidemento  



   A. Le materie prime, che possono essere di natura liquida, solida  o fangosa, divise in gruppi omogenei, vengono dosate in rapporti  qualiquantitativi in modo che la quantità di H 2  e C, in esse contenuta,  garantisca la produzione finale di H 2  e CO 2  permettendo il sostentamento  economico del processo. In questa sezione di alimentazione, le operazioni  e le apparecchiature che permettono di realizzare dette operazioni,  sono tutte di per sè note. Risulta nuova, e molto importante per  la realizzazione della gassificazione veloce, la sequenza e le modalità  con cui vengono attuate dette operazioni per l'alimentazione delle  materie prime solide.

   Infatti la compressione con    il relativo  addensamento per l'eliminazione dell'aria in essi contenuta, il fatto  che le stesse materie prime compresse fungano da sbarramento all'ingresso  dell'aria, che successivamente il macinatore ne permetta la fluidificazione  a pezzatura controllata, costituiscono una sequenza di operazioni  che permettono la reazione di gassificazione nei modi e nei tempi  voluti. L'alimentazione delle materie prime viene realizzato con  sistemi a pressione differenziale che permettono di impedire all'aria  esterna al reattore di penetrare all'interno del reattore e, viceversa  che i syngas all'interno del reattore possano fuoriuscire, diffondendosi  nell'atmosfera. Per le sostanze liquide o fangose è previsto l'utilizzo  di pompe dosatrici a ingranaggi, monovite o a pistoni in funzione  della densità e del contenuto di solidi in sospensione.

   Per queste  sostanze, prima della immissione nel reattore, è previsto un preriscaldamento  alla temperatura di  APPROX 110 DEG C che permette di diminuire il  tempo di vaporizzazione, all'interno del reattore, della frazione  liquida alimentata. Le sostanze solide, prima dell'alimentazione,  devono essere sottoposte, dove necessario, alla separazione delle  componenti metalliche e della maggior parte della frazione acquosa.  Nel caso di pezzature superiori ai 20 cm si procede alla triturazione  primaria, operazione eseguita in prossimità dei bacini di stoccaggio.  Un sistema di trasporto, di tipo pneumatico o meccanico (nastri trasportatori,  redler, ecc.), provvedere a trasportare le materie prime, già pretrattate,  in prossimità della bocca di caricamento del reattore.

   Prima dell'introduzione,  le sostanze solide subiscono un addensamento, ottenuto con spintori  oleodinamici che comprimono i solidi alimentati,    eliminando quasi  totalmente l'aria in essi contenuta. I solidi, in fase addensata  e per mezzo di una pressione più elevata, rispetto alla pressione  di esercizio del reattore, vengono sospinti all'interno del reattore  attraverso un orifizio calibrato, realizzando così una pressione  differenziale di alimentazione che permette, creando uno sbarramento  fisico, l'alimentazione delle sostanze solide senza che l'aria ambiente  possa penetrare all'interno del reattore e senza che, viceversa,  il syngas possa risalire nel canale di alimentazione.

   Le materie  prime, addensate nel sistema di alimentazione a pressione differenziale,  incontrano, quale elemento primario del reattore, un macinatore dotato  di vaglio che permette di ottenere granulometrie e pezzature precise  e ridotte che sono la condizione essenziale per la realizzazione  della reazione di piroscissione veloce, nelle sezioni seguenti del  reattore. 



   B. Gassificazione veloce. 



   Le materie prime vengono gassificate all'interno di un reattore monotubolare  a sviluppo verticale che costituisce un oggetto dell'invenzione.  Il processo di piroscissione è un processo di decomposizione chimica  generato esclusivamente dall'intervento di energia termica. In assenza  di aria (e di ossigeno in eccesso), e quindi in ambiente riducente,  la piroscissione provoca la decomposizione termochimica della materia  organica. Il processo, per sua natura endotermico, provoca la scissione  delle molecole complesse che costituiscono la materia prima alimentata,  trasformandola in una fase gassosa incondensabile (syngas) composta  principalmente da idrogeno, monossido di carbonio, azoto, anidride  carbonica e secondariamente,    in percentuali molto basse, da cloro,  zolfo, fluoro e da metalli eventualmente presenti nelle materie prime  alimentate. 



   Il reattore è mantenuto a una temperatura programmata il cui profilo  termico, sulla lunghezza del reattore, può partire da un valore minimo  compreso tra  APPROX  350 e  APPROX  600 DEG C, nella sezione di  alimentazione (sommità del reattore), e arrivare a  APPROX  1200  DEG C nella sezione finale di gassificazione (parte bassa del reattore).  Nel caso di alimentazione di polveri fini, molto reattive o bassofondenti,  la temperatura di partenza e di arrivo può essere inferiore ( APPROX  300 -  APPROX  800 DEG C). La lunghezza minima della zona di gassificazione  del reattore deve essere di circa 8 m, mentre la lunghezza massima  può giungere a circa 30 m. La sezione della zona di gassificazione  del reattore viene dimensionata in modo che la velocità media del  syngas generato sia da 3 a 4 m/sec.

   Conseguentemente la sezione di  questa zona del reattore è variabile in quanto ogni tronco viene  dimensionato in funzione della portata media di gas calcolata in  quel punto, legata alla temperatura di esercizio locale. Il profilo  termico del reattore viene realizzato suddividendo la parte di reattore  adibita alla gassificazione, in zone termiche lunghe ciascuna almeno  1 metro. In corrispondenza di ogni zona termica viene posizionata  una o più torce. Per garantire il raggiungimento della temperatura  programmata il numero delle torce può aumentare con l'aumentare della  sezione del tronco e della capacità dell'impianto. Le torce sono  alimentate con ossigeno quale comburente e con gas combustibile,  dosati in rapporto sostanzialmente stechiometrico.

   La sezione di  gassificazione del reattore, lunga come si è detto almeno    circa  8 metri risulta così composto da 8 zone termiche di uguale lunghezza.  L'andamento del profilo termico viene dettato dalla tipologia della  materia prima alimentata o eventualmente dal mix delle stesse. In  funzione della quantità di acqua presente, della quantità e della  tipologia di inorganici presenti, della granulometria e conseguentemente  della reattività delle sostanze alimentate, può risultare necessario,  in alcuni casi, impostare un profilo termico tendente a raggiungere  la massima temperatura nel minimo tempo possibile (vedi grafico 1),  mentre in altri casi può risultare più conveniente raggiungere la  massima temperatura solo nella parte finale della sezione di gassificazione  (vedi grafico 2). 



   I due esempi di profilo termico per la sezione di gassificazione,  ipotizzata con una lunghezza di 20 metri, sono i seguenti: 



   Profilo termico: 



   Grafico 1 Profilo                                                 termico: Grafico 2 



   
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   C. Sezione di evacuazione dei residui solidi di gassificazione 



   Questo passaggio può avvenire in due modi diversi e la scelta dipende  soprattutto dalla tipologia media di materie prime alimentate     all'impianto e dalla destinazione finale dei residui ottenuti. Le  tecnologie utilizzate per l'estrazione di questi residui sono di  per sé note. Nuova invece è la possibilità di applicazione, in alternativa,  di due sistemi così diversi alla sezione di gassificazione dello  stesso reattore. Infatti con l'adozione del profilo termico variabile  risulta possibile ottenere i residui solidi in ingresso a questo  passaggio, alla temperatura più idonea al trattamento da eseguire.  Ulteriore novità è costituita dal fatto che i residui solidi passano  da una atmosfera riducente ad una atmosfera ossidante, a percentuale  controllata, favorendo la termoossidazione del carbonio in essi inglobato.

                                                       



   C1. Estrazione in forma polverosa 



   II sistema di estrazione in forma polverosa risulta preferibile quando  la sostanza inorganica estratta può facilmente essere riutilizzata  in processi industriali. Questo risultato si ottiene se vengono alimentate  all'impianto materie prime molto omogenee e in rapporti predeterminati.  L'estrazione di questi residui, in forma polverosa, viene ottenuta  per mezzo di una camera di ossidazione finale, a sviluppo orizzontale,  ricavata sotto la sezione di gassificazione del reattore. Questa  camera, rivestita con materiale refrattario, è dotata di due o più  torce, alimentate con comburente in eccesso, per garantire la termoossidazione  dei residui estratti. Una coclea, ubicata nella parte inferiore di  questa camera, sospinge i residui della gassificazione in un apposito  contenitore fuori dal reattore.

   La coclea viene mantenuta a temperatura  costante da un circuito di raffreddamento, ad olio diatermico, di  cui è dotata. 



   C2. Estrazione in forma vetrificata 



   Questo sistema di estrazione risulta preferibile quando la sostanza  inorganica estratta in forma polverosa non trova un utilizzo diretto  ma addirittura costituisce un rischio ambientale. La vetrificazione  si ottiene innalzando la temperatura degli inorganici residui fino  alla loro fusione ( APPROX  1500 DEG C), e raffreddandoli violentemente  in acqua. Sotto la sezione di gassificazione viene installata una  apposita camera di fusione (in alternativa all'estrazione in forma  polverosa con l'installazione della coclea) dotata di due o più torce  per fornire il calore necessario alla fusione; la massa inerte così  liquefatta fluisce, per gravità, sino alla bocca di uscita del reattore.                                                       



   La camera fusoria, dotata anch'essa di rivestimento refrattario,  è a sviluppo orizzontale con opportuna inclinazione; funge da camera  di omogeneizzazione e da camera di ossidazione del carbonio inglobato  nella massa minerale e metallica fusa. Su questo camera fusoria vengono  installate due o più torce alimentate con combustibile e comburente,  ma con quest'ultimo in eccesso (2-4%) rispetto al rapporto stechiometrico,  per garantire l'ossidazione del carbonio residuo prima dello scarico.                                                          



   La bocca di scarico, posta all'estremità del canale di omogeneizzazione,  permette alla massa fusa grazie all'inclinazione della camera, di  defluire nel bacino d'acqua sottostante, dove per il violento raffreddamento  avviene la vetrificazione. 



   D. Recupero del calore 



   I syngas in uscita dalla camera di gassificazione sono convogliati,  in    modo di per sé noto, in uno scambiatore di calore a fascio  tubiero. In questo modo una parte dell'entalpia dei syngas viene  recuperata per produrre vapore. I syngas entrano nello scambiatore  a fascio tubiero alla temperatura di circa 1200 DEG C e fuoriescono  alla temperatura di circa 250 DEG C. Il vapore prodotto alla pressione  di circa 25 bar viene utilizzato nella colonna di conversione del  CO+H 2 O in H 2 +CO 2 . 



   E. Neutralizzazione e purificazione di syngas 



   I syngas generati nel reattore di gassificazione possono contenere  diverse impurezze provenienti dalle materie prime alimentate. Queste  impurezze quali ad esempio acido cloridrico, acido solfidrico, biossido  di zolfo, acido fluoridrico, metalli ed eventuale nerofumo, vengono  in modo di per sé noto, eliminati nella sezione di neutralizzazione  e purificazione costituito da un sistema pluristadio. Il primo stadio  è costituito da un quencher dove i syngas vengono sottoposti a un  brusco raffreddamento, mediante acqua, portando la temperatura da  250 DEG C a 90 DEG C. Nel secondo stadio i syngas subiscono un lavaggio  acido mediante il quale vengono assorbiti i metalli e le polveri.  Nel terzo stadio il syngas viene sottoposto a un lavaggio basico,  attraverso il quale vengono eliminate tutte le sostanze acide ancora  presenti, e raffreddato alla temperatura di 40 DEG C.

   Le sostanze  eliminate tramite i diversi stadi di purificazione si ritrovano nelle  acque di lavaggio che vengono a loro volta depurate, separando per  precipitazione gli inquinanti presenti in modo di permettere il riciclo  dell'acqua. 



   F. Compressione dei syngas 



   I syngas completamente neutralizzati e purificati vengono alimentati,    in modo di per sé noto, in un compressore pluristadio per comprimerli  alla pressione di circa 25 bar. 



   G. Separazione e stoccaggio dei gas puri prodotti 



   La miscela di syngas composta da H 2 , CO, CO 2 , N 2  viene inviata  in una serie di colonne per i passaggi, di per sé tutti ampiamente  noti, di seguito descritti. 



   G1 conversione catalitica del CO in H 2  + CO 2  (rendimento di conversione  84%) 



   G2 separazione della CO 2  (con rendimento 97%) per adsorbimento  e invio allo stoccaggio in fase liquida, pronta per la commercializzazione                                                     



   G3 separazione dell'H 2  (con rendimento 81%) per adsorbimento su  setacci molecolari e invio allo stoccaggio, con purezza pari al 99,9%,  pronti per la commercializzazione o riutilizzo, quale fonte di energia,  all'interno del ciclo. 



   H. Riutilizzo della miscela residua dei syngas. 



   Dalle colonne di separazione fuoriesce, per effetto dei vari rendimenti,  una miscela residua di syngas composta da H 2 , N 2 , CO e CO 2   che viene inviata al gruppo di produzione di energia termica (caldaia  per produzione vapore) o elettrica (turbina - motore a ciclo Otto).                                                            



   La presente invenzione comprende anche le apparecchiature per la  realizzazione del processo secondo la presente invenzione.  2.  Apparecchiature  



   L'apparecchiatura più importante di questo processo è costituita  dal reattore di gassificazione. Detto reattore è composto da tre  sezioni che sono    parte integrante dello stesso. La prima sezione  è costituita da un sistema di alimentazione, a pressione differenziale,  la seconda sezione è costituita dalla zona di gassificazione, a profilo  termico variabile, la terza sezione è costituita dal sistema di estrazione  dei residui solidi di gassificazione.  2.1 Sezione di alimentazione  materie prime  



   L'alimentazione e il dosaggio delle materie prime riveste importanza  fondamentale per la realizzazione del processo oggetto del presente  brevetto. Risulta infatti molto importante la continuità di alimentazione,  la pezzatura del materiale solido alimentato e la realizzazione della  pressione differenziale di alimentazione quale sistema di sbarramento  per evitare la penetrazione dell'aria ambiente all'interno del reattore  di gassificazione. Le apparecchiature descritte in questa sezione  sono tutte di per sé note mentre nuova risulta la sequenza delle  operazioni eseguite in alimentazione di un reattore di gassificazione.

    Le materie prime, destinate a essere alimentate al reattore di gassificazione,  vengono stoccate in bacini o in sili, divisi in gruppi omogenei,  in modo che con sistemi di trasporto tradizionali possono essere  facilmente inviati, con pezzatura non superiore ai 20 cm, al gruppo  di alimentazione ubicato alla sommità del reattore di gassificazione.                                                          



   Il gruppo di alimentazione materie prime (vedi fig. 2) è composto  dalle seguenti zone: - zona di ricevimento e compattazione 



   Questa zona è realizzata in doppio per garantire una alimentazione  continua al reattore di gassificazione. Le materie prime, provenienti  dai bacini di stoccaggio, vengono caricate nel serbatoio polmone  del gruppo di alimentazione. Al punto di scarico, di questo serbatoio,  è    installata una valvola deviatrice che permette di inviare le  materie prime nel canale di addensamento 33. Quando questo è pieno  si passa al caricamento del canale di addensamento 34. Intanto il  canale 33 viene chiuso e azionando lo spintore di cui è dotato si  procede all'addensamento delle materie prime in esso contenute. Raggiunto  l'addensamento voluto (0,6-0,8 kg/dm<3>) viene arrestato lo spintore,  viene aperta la valvola a ghigliottina 36, che collega il canale  di addensamento con il canale di alimentazione, la cui sezione è  leggermente minore rispetto al canale che la precede.

   Viene nuovamente  azionato lo spintore che prosegue la corsa, precedentemente interrotta  per l'apertura della valvola, sospingendo le materie prime addensate  fino a poco oltre la valvola a ghigliottina 36, ma fermandosi ad  almeno 50 cm dal macinatore. La minore sezione del canale di alimentazione  rispetto al canale di ricevimento provoca, con l'azione dello spintore,  un ulteriore addensamento delle materie prime, occupando per intero  la sezione di passaggio del canale, formando un tappo, ricambiato  ad ogni azione dello spintore, che costituisce un efficace sbarramento  all'aria ambiente, impedendone così l'ingresso nel reattore. Giunto  a fine corsa lo spintore viene arretrato nella posizione iniziale,  la valvola a ghigliottina 36 viene chiusa e il canale di addensamento  viene aperto, azionando la valvola deviatrice, per la carica successiva.

    Intanto si procede con le stesse operazioni, sopra descritte, nel  canale di addensamento 34, anch'esso dotato di un proprio spintore,  della valvola a ghigliottina 41 e del canale di alimentazione 42.  In questo modo con operazioni alternate in sequenza    si può garantire  una alimentazione continua al reattore di gassificazione. Il dosaggio  delle materia prima alimentata, viene ottenuto regolando la velocità  di avanzamento degli spintori 35 e 40. Il gruppo di alimentazione,  realizzato con il doppio sistema di caricamento sequenziale viene  interamente azionato con sistema oleodinamico che permette un funzionamento  automatico. I due canali di alimentazione confluiscono in un unico  punto di raccolta dove è ubicato un macinatore industriale monoalbero  dotato di vaglio intercambiabile.

   Questa macchina permette di ottenere  granulometrie precise e ridotte (condizione essenziale per la gassificazione  veloce), la cui pezzatura massima sarà di 20 mm per materie prime  di bassissimo spessore e diminuirà con l'aumentare dello spessore.                                                             



   Per impianti di grossa portata può risultare utile e conveniente  installare un macinatore su ogni canale di alimentazione. 



   Le materie prime, macinate, vengono trasportate tramite una coclea,  all'imbocco del reattore di gassificazione. La zona terminale del  canale di alimentazione, il macinatore e la coclea di trasporto al  reattore, vengono continuamente inertizzate con un flusso di CO 2  che, a garanzia della sicurezza di esercizio, impedisce eventuali  ritorni di fiamma o eccessivi surriscaldamenti in queste aree confinate  dell'impianto. 



   Per le materie prime di natura liquida l'alimentazione nel reattore  avviene per mezzo di una pompa capace di garantire una pressione  di almeno 5 bar. Il liquido in pressione viene inviato in una lancia  nella cui parte terminale, ubicata all'interno del reattore, è installato  un    ugello che realizza l'atomizzazione meccanica trasformando  la corrente liquida in getto conico formato da goccioline finissime.  La posizione di installazione della lancia, sul reattore di gassificazione,  deve avvenire in corrispondenza di una zona termica alla temperatura  di almeno 700 DEG C.

   Il gruppo di alimentazione di materie prime  di natura liquida è composto dalle seguenti apparecchiature: -  pompa a media prevalenza - contatore volumetrico elettronico per  il controllo della portata - valvola per la regolazione elettronica  della portata - scambiatore di calore per il preriscaldamento del  liquido alimentato ( APPROX 110 DEG C) - lancia per l'atomizzazione  meccanica  2.2 Sezione di gassificazione  



   La sezione di gassificazione del reattore, oggetto della presente  invenzione, è progettata per realizzare la reazione di gassificazione  veloce in modo continuo. 



   Questa sezione del reattore è composta da una serie di tronchi cilindrici  sovrapposti, di diametro diverso. Su ogni tronco viene posizionata  almeno una coppia di torce (distanti almeno 1 metro una dall'altra),  con il relativo rilevamento termometrico: il numero delle coppie  di torce dipende dal diametro e lunghezza del tronco e dalla capacità  dell'impianto. Le torce sono alimentate con ossigeno, quale comburente,  e il combustibile gassoso disponibile (metano - propano - syngas,  ecc.) dosati a rapporto stechiometrico. 



   La realizzazione del reattore monotubolare in tronchi cilindrici  dotati    delle opportune rastremazioni tronco-coniche, che li rende  sovrapponibili anche in presenza di sezioni diverse, permette una  modularità di costruzione e la possibilità di renderli trasportabili  anche con il rivestimento refrattario già installato. Questa peculiarità  permette di ridurre materialmente i tempi di montaggio in cantiere  anche per i reattori con la massima portata ammissibile (10 ton/h),  in quanto tutte le parti dell'impianto possono essere preassemblate  in officina e quindi trasportate e, definitivamente assemblate, sul  luogo di destinazione finale. 



   Il vantaggio di questa soluzione consiste nel fatto che realizzando  le varie fasi di costruzione interamente in officina (carpenterie  meccaniche, rivestimenti refrattari) la qualità del lavoro risulta  senz'altro notevolmente maggiore, i costi di costruzione diminuiscono,  i tempi di realizzo sono più brevi. La modularità costruttiva consente  inoltre di poter disporre in officina di tronchi di reattore di ricambio,  rendendo facilmente possibile e conveniente la sostituzione di un  eventuale tronco lesionato con il tronco di riserva, minimizzando  i tempi di fermo impianto a tutto vantaggio della produttività. 



   La sezione di gassificazione del reattore è composta da una serie  di tronchi cilindrici sovrapposti. Tutte questi tronchi sono dotati  di rivestimento refrattario a tre strati, di diversa densità, che  permette di avere sulla superfìcie esterna, in acciaio al carbonio,  una temperatura di esercizio massima di 80 DEG C. Lo strato di refrattario  a contatto con i syngas dovrà avete un contenuto di allumina almeno  del 80%, con un peso volume almeno di 2,8 kg/dm<3>. 



   Nel primo tronco cilindrico, posto alla sommità di questa sezione  di    gassificazione, su di un lato viene ricavata l'apertura per  il collegamento con la coclea che trasporta le materie prime macinate  provenienti dalla sezione di alimentazione. Il reattore può essere  dotato di una o più sezioni di alimentazione in modo da gassificare  contemporaneamente materie prime diverse fisicamente, e per motivi  di sicurezza o di processo, non miscelabili tra loro. La parte inferiore,  di questo primo tronco cilindrico viene collegata al cilindro sottostante,  la parte superiore viene chiusa con un portello apribile per facilitare  le ispezioni al reattore.

   Questo primo tronco cilindrico viene incamiciato  e nell'intercapedine viene fatto circolare un liquido di raffreddamento  per impedire surriscaldamenti e mantenere una temperatura di esercizio,  in questa zona, costantemente inferiore o uguale a 150 DEG C. Il  liquido caldo, in uscita da questo tronco, viene inviato nell'intercapedine  della coclea di alimentazione, anch'essa incamiciata, effettuando  così il preriscaldamento delle materie prime in alimentazione con  il calore recuperato. 



   Dal primo tronco cilindrico adibito all'introduzione delle materie  prime si passa ai tronchi successivi che compongono la sezione di  gassificazione. Questa sezione è composta da una serie di tronchi  sempre di forma cilindrica con le estremità flangiate in modo che  risultino sempre sovrapponibili per uno sviluppo verticale. La lunghezza  di ogni tronco deve essere modulare in funzione delle dimensioni  totali di ogni reattore. Per esempio la sezione di gassificazione  alta 12 metri può essere composta da 12 tronchi alti 1 metro, da  4 tronchi alti 3 metri, oppure da una soluzione intermedia a quella  indicata. La scelta viene effettuata in funzione della maneggevolezza  che si desidera avere in fase di costruzione e montaggio derivante  dalla dimensione e dal peso di ogni tronco.

   Il diametro di ogni    tronco viene determinato dalla quantità attesa di syngas sviluppato  espresso in Nm<3>/h e conseguentemente dalla portata in kg/h delle  materie prime alimentate. La velocità del syngas sviluppato, considerando  la temperatura di esercizio di ogni tronco, deve essere compresa  tra i  APPROX  3 e  APPROX  4 m/sec. Per garantire una velocità costante,  con l'aumentare della quantità di syngas sviluppati e con l'aumentare  del loro volume, proporzionalmente alla temperatura, la sezione (in  mm<2>) e il diametro dei tronchi dovrà costantemente aumentare. Per  questo motivo il tronco di reattore, che ha il diametro maggiore  del tronco soprastante, viene dotato di una rastremazione tronco-conica,  con il terminale flangiato, in modo che possa accoppiarsi con il  tronco di diametro minore.

   Nella sezione di gassificazione, del reattore,  l'altezza e il numero delle zone termiche soggette all'irraggiamento  diretto delle torce viene dimensionato con il criterio di seguito  descritto. L'altezza della sezione di gassificazione deve essere  calcolata per garantire, alla sostanza da gassificare, nelle zone  termiche soggette all'irraggiamento diretto, un tempo di contatto  di almeno due secondi. Il numero delle zone termiche è determinato  dalla lunghezza della sezione di gassificazione considerando che  ogni zona termica non deve superare i tre metri di lunghezza, e deve  essere dotata di almeno una o più coppie di torce.

   La sezione di  gassificazione di questo reattore, grazie alla fluidificazione e  alla pezzatura delle materie prime provenienti dalla sezione di alimentazione,  alla velocità costante dei syngas in esso sviluppati ottenuta con  tronchi di diametro diverso e con l'utilizzo del profilo termico  variabile, permette di realizzare la gassificazione veloce con il  massimo rendimento. Questo significa alimentare la sezione di evacuazione  soltanto con i residui solidi    non più gassificabili. Assume grande  importanza questo risultato perché nel reattore non vi è accumulo  di materie prime da gassificare, permettendo all'avvio dell'alimentazione  la messa a regime in pochi secondi, e all'arresto dell'alimentazione,  sempre in pochi secondi la cessazione della produzione di syngas  (infiammabili e tossici).

   Viene garantito così in qualsiasi momento  il completo controllo del processo e conseguentemente la massima  sicurezza di esercizio. L'aspetto sicurezza, per le soluzioni adottate,  viene ancora più evidenziato se si considera che il volume utile  di questo reattore confrontato con qualsiasi altra soluzione di pari  potenzialità, risulta drasticamente minore così come conseguentemente  il volume di syngas in gioco, permettendo in caso di emergenza una  inertizzazione totale con azoto o CO 2  in tempi brevissimi.   2.2.1 Profilo termico  



   II profilo termico del reattore di gassificazione viene raggiunto  e mantenuto per mezzo della serie di torce installate nella apposita  sezione del reattore. Le torce sono costruite in acciaio termico  e la parte penetrante nel reattore è realizzata con camicia di raffreddamento  per escludere pericolosi surriscaldamenti. Per questo motivo deve  essere realizzato un apposito circuito di raffreddamento per tutte  le torce del reattore. Ogni torcia viene dotata di un elettrodo di  accensione, di un rilevatore di fiamma e di un proprio sensore per  il rilevamento della temperatura, ubicato sulla parete della camera  di gassificazione, alla medesima altezza della torcia, ma diametralmente  opposto alla torcia stessa.

   L'alimentazione del gas combustibile  e del gas comburente avviene tramite i due canali concentrici appositamente  previsti, nella torcia, che permettono l'accensione della    fiamma  solo in testa alla torcia stessa. Sull'imbocco del gas combustibile  è installato un miscelatore statico che permette di omogeneizzare,  nel caso di alimentazione contemporanea con i syngas, il mix di combustibile  alimentato. La corrente combustibile e comburente viene continuamente  ed elettronicamente monitorata per misurarne e dosarne la quantità  a livello stechiometrico. Ogni torcia disporrà di misuratori elettronici  e di valvole di regolazione a comando proporzionale per il gas combustibile,  comburente e il syngas. Dalla sala di comando dell'impianto sarà  possibile impostare i valori di portata di ogni gas alimentato ed  automaticamente questi verranno mantenuti.

   La regolazione di portata  del gas combustibile, di ogni torcia, viene automaticamente determinata  dalla temperatura rilevata dalla apposita sonda ubicata in prossimità  della torcia stessa. La regolazione di portata del comburente di  ogni torcia viene automaticamente determinata dalla quantità di combustibile  alimentato alla torcia in funzione del rapporto stechiometrico impostato.  In questo modo risulta possibile impostare il valore di temperatura,  nelle varie zone del reattore, relativa al profilo termico stabilito  per quel reattore o per quella specifica applicazione. 



   Al termine della sezione di gassificazione troviamo il tronco di  collegamento. Questo tronco, sempre di forma cilindrica, è dotato,  nella parte superiore, di una flangia per il collegamento con l'ultimo  tronco relativo alle zone termiche. Sulle pareti sono previste almeno  due bocche, disposte a 180 DEG  una dall'altra, per la fuoriuscita  dei syngas generati. La parte inferiore, dal tronco di collegamento,  presenta una rastremazione tronco conica per l'accoppiamento con  la sezione di evacuazione dei residui inorganici e minerali presenti  nelle materie prime alimentate al reattore di gassificazione.   2.3 Sezione di estrazione dei residui solidi  



   La sezione di estrazione dei residui solidi di gassificazione, da  installare nella parte inferiore del reattore, viene prevista con  due modalità di funzionamento e conseguentemente con due soluzioni  realizzative diverse. Ulteriore peculiarità di questo reattore è  la doppia possibilità di forma estrattiva dei residui solidi di cui  può essere dotato grazie al profilo termico variabile che permette  di presentare detti residui, in ingresso a questa sezione, alla temperatura  più idonea in funzione del trattamento finale che devono subire.  Tutte le apparecchiature descritte in questa sezione sono di per  sé note, nuova risulta la doppia possibilità di estrazione e la modalità  di funzionamento in atmosfera leggermente ossidante collegata ad  una sezione del reattore in atmosfera altamente riducente.  2.3.1  Estrazione residui in forma polverosa  



   La prima soluzione prevede l'evacuazione dei residui in forma solida  polverosa. Questa soluzione viene adottata nei casi in cui, per la  tipologia e l'omogeneità delle materie prime alimentate al reattore  di gassificazione, risulta possibile caratterizzare la qualità delle  sostanze inorganiche residue, destinandole al riutilizzo nello stesso  processo di provenienza, o come materia prima in altri processi. 



   Questo processo di recupero si ottiene con la realizzazione di una  camera di termoossidazione finale dei residui solidi unita alla parte  inferiore del tronco di collegamento. 



   Questa camera consiste in un cilindro orizzontale, dotato di rivestimento  refrattario simile a quello indicato per la camera di gassificazione,  all'interno del quale viene alloggiata una coclea. Il diametro    del cilindro è almeno il doppio del diametro massimo previsto per  la coclea, che viene dimensionata per la portata massima delle polveri  previste. La coclea viene installata, distanziata almeno 1 cm dalla  parte inferiore del cilindro, lasciando libero il volume tra la coclea  e la parte superiore del cilindro. In questa zona vengono installate  una o più torce, in funzione della sua lunghezza, che permettono  la termoossidazione finale dei residui polverosi. Le torce vengono  alimentate con comburente leggermente in eccesso, permettendo l'ossidazione  di eventuale carbonio organico residuo, inglobato nelle polveri.

    La lunghezza della camera è in funzione del tempo di permanenza che  si vuole dare ai residui in questa sezione. La temperatura di esercizio  in questa sezione, è di circa 700-800 DEG C e comunque viene determinata  dal punto di fusione, dei residui, che non deve essere superato per  non rischiare la fusione. La coclea viene mantenuta alla temperatura  di 250 DEG C per mezzo di un liquido di raffreddamento che circola  all'interno della stessa. Le polveri residue, sospinte dalla coclea,  vengono scaricate attraverso la bocca di uscita situata all'estremità  del cilindro, nella parte inferiore. Queste polveri sono inviate  in un container mobile che deve essere ermeticamente chiuso per impedire  all'aria ambiente di venire a contatto con l'atmosfera della camera  di gassificazione.  2.3.2 Estrazione residui in forma vetrificata  



   La seconda soluzione, riguardante il sistema di evacuazione dei residui  solidi di gassificazione, prevede la vetrificazione degli stessi.  Questa soluzione viene adottata nei casi in cui per la tipologia  e l'eterogeneità delle materie prime, alimentate al reattore di gassificazione,  risulta impossibile prevedere il riutilizzo di questi residui solidi  in altri processi industriali,    oppure per le caratteristiche analitiche  questi residui solidi possono costituire un rischio ambientale. In  questo caso portando i residui solidi alla fusione, seguita dal brusco  raffreddamento in acqua si ottiene la vetrificazione degli stessi,  rendendoli completamente inerti in quanto il processo risulta irreversibile  perché i residui solidi di gassificazione rimangono inglobati nella  matrice vetrosa. 



   Questo processo di inertizzazione si ottiene con la realizzazione  di una sezione di evacuazione dei residui unita, per mezzo del tronco  di collegamento, alla sezione di gassificazione. 



   La sezione di evacuazione consiste in una camera a forma parallelepipeda,  disposta orizzontalmente con una inclinazione tra il 4%-8% e il punto  più basso in corrispondenza della bocca di scarico ricavata sul lato  inferiore. Questa sezione di evacuazione viene rivestita con materiali  refrattari simili a quelli indicati per la camera di gassificazione,  con la differenza che lo strato di refrattario a contatto con il  residuo solido fuso avrà uno spessore maggiore, per la maggiore temperatura  di esercizio, e una composizione con additivi speciali per avere  una maggiore resistenza all'abrasione. Sul lato superiore, dalla  parte opposta alla bocca di scarico, viene ricavata l'apertura flangiata  per essere assemblata alla parte inferiore del tronco di collegamento  della sezione di gassificazione.

   Il lato superiore della camera di  fusione viene realizzato con forma ellittica, che permette di ottenere,  con il rivestimento refrattario interno, un soffitto a volta necessario  per un migliore irraggiamento del lato inferiore. La lunghezza della  camera di fusione deve essere almeno più lunga del diametro maggiore  della camera di gassificazione e determinata dal tempo di permanenza  stabilito per quella    applicazione. La temperatura di esercizio  della sezione di evacuazione è di  APPROX  1500 DEG C. Questo regime  termico viene ottenuto con almeno 3 torce alimentate con combustibile  gassoso e ossigeno quale comburente che viene dosato con un parziale  eccesso rispetto alla stechiometria, per garantire una atmosfera  leggermente ossidante che permette l'ossidazione del carbonio eventualmente  inglobato nei residui solidi. 



   Questi residui solidi del processo di gassificazione si depositano  nella parte iniziale della camera di fusione, per effetto dell'alta  temperatura, vengono portati alla fusione trasformandoli in sostanza  liquida e, per la pendenza della camera stessa, essi la percorrono  in tutta la sua lunghezza defluendo, attraverso la bocca di scarico,  nel bacino di acqua sottostante. Questo bacino è costituito da un  contenitore a forma parallelepipeda con un volume di almeno 2 mc,  mantenuto a livello costante con acqua per il 50% del suo volume.  Nella parte alta di questo contenitore viene ricavato un tronchetto  per il collegamento flangiato, a tenuta ermetica, con la bocca di  scarico della camera di fusione. Nella parte inferiore, del contenitore,  viene alloggiata una coclea con una inclinazione di 45 DEG . 



   La lunghezza della coclea viene determinata dall'altezza del punto  di scarico della coclea stessa, che deve essere maggiore di almeno  1 mt, del livello dell'acqua all'interno del contenitore. Nel primo  tratto della coclea, assemblata a tenuta stagna, avremo lo stesso  livello d'acqua presente nel contenitore. Con questa soluzione i  residui solidi di gassificazione, in uscita dalla sezione di evacuazione,  fusi per effetto della temperatura, cadono nell'acqua frantumandosi  e, per il violento raffreddamento, vetrificano. La coclea, posizionata  nella parte inferiore del contenitore, li trasporta in continuo nel  container sottostante,    destinato allo stoccaggio. Il costante  livello di acqua sempre presente, durante il funzionamento, forma  una barriera a tenuta ermetica che impedisce il contatto tra l'atmosfera  esterna e l'interno del reattore.

    Apparecchiature e processi  già esistenti   2.4 Recuperatore di calore  



   I syngas generati nella camera di gassificazione fuoriescono attraverso  i due appositi tronchetti flangiati disposti a 180 DEG  uno dall'altro.  Collegati ad ognuno di questi tronchetti vengono installati due scambiatori  di calore a fascio tubiero con l'obiettivo di raffreddare i syngas  da  APPROX  1200 DEG C a  APPROX  250 DEG C, recuperando il calore  per la produzione del vapore. Lo scambio di calore avviene tra i  syngas, che passano all'interno dei tubi, e l'olio diatermico che  passa all'esterno dei tubi. L'olio diatermico viene fatto circolare,  in un circuito chiuso, collegato ad un generatore di vapore, dove  viene recuperata l'entalpia contenuta nei syngas. Il vapore generato  viene utilizzato nella reazione di conversione del CO in H 2 +CO  2 .  2.5 Neutralizzazione e purificazione dei syngas  



   La neutralizzazione e purificazione dei syngas viene effettuata in  un sistema pluristadio ad alto rendimento in modo che i syngas in  uscita non presentino caratteristiche di incompatibilità con gli  stadi successivi di reazione. I syngas possono eventualmente contenere,  in funzione della tipologia delle materie prime alimentate, quantità  diverse di nerofumo, metalli, sostanze acide. Il sistema pluristadio  prevede delle specifiche sezioni di intervento per ogni tipologia  di inquinante presente. Per questo motivo ogni sezione di trattamento  deve essere dotato di un apposito circuito, destinato all'assorbimento  di uno specifico inquinante o di una specifica    famiglia di inquinanti,  che permetta la separazione, e l'eventuale recupero, della sostanza  assorbita.

   Conseguentemente non può esistere uno schema fisso, valido  per tutte le tipologie delle materie prime possibilmente alimentabili  all'impianto, ma comunque essenzialmente le sezioni dell'unità pluristadio  corrisponderanno a quanto di seguito indicato. La prima unità è costituita  da un quencher destinato al raffreddamento e alla saturazione in  acqua dei syngas. La temperatura dei syngas viene portata da  APPROX  250 DEG C a  APPROX  90 DEG C e la saturazione in acqua permette  una migliore efficienza nel successivo stadio di trattamento. Il  quencher è costituito da un cilindro in acciaio dotato di un circuito  idraulico, alimentato da apposita pompa, e da una serie di ugelli  atomizzatori, ubicati sulla parete, che permettono di irrorare continuamente  i syngas. 



   La seconda unità è costituita da un Venturi a Gola Variabile (VGV).  Peculiarità che deve avere questa sezione di impianto, è l'alta efficienza  di separazione del nerofumo (sotto forma di polveri microniche),  eventualmente contenuto nei syngas, anche in presenza di continue  variazioni di portata. Essendo, in questo caso, l'efficienza direttamente  proporzionale alla perdita di carico, risulta molto importante garantire  il valore di progetto, in modo costante, della perdita di carico  stabilita. Il liquido di ricircolo è introdotto nella sezione superiore  del VGV mediante tubi tangenziali che costringono il liquido a ruotare  su un piano aperto e a scorrere lungo la sezione convergente fino  alla gola. Il liquido è pure introdotto mediante un tubo piazzato  centralmente che lo proietta sull'apice del cono centrale.

   Questo  liquido scende lungo la parete divergente del cono centrale fino  alla gola. All'entrata della gola una cortina di eguale densità si  forma di fronte alla corrente    gassosa. Il gas impatta nella suddetta  cortina e provoca l'atomizzazione del liquido. Le goccioline catturano  le particelle solide effettuando lo scrubbing. La gola del VGV è  del tipo regolabile. Il bob centrale, di cui è dotato, si può muovere  in senso verticale, al fine di variare l'area di passaggio attraverso  la gola. In tale modo può mantenere la velocità ideale del gas, attraverso  la gola entro una gamma di portata gassosa molto ampia, sempre restando  nelle condizioni ottimali di perdita di carico e di efficienza dell'apparecchiatura.

    Il movimento assiale, del bob centrale, viene azionato da un cilindro  pneumatico, a comando proporzionale, in funzione del segnale generato  dal trasmettitore elettronico di pressione differenziale appositamente  installato. Il liquido di processo, mantenuto in riciclo da apposita  pompa, viene continuamente filtrato per separare le particelle in  esso inglobate. Queste particelle, costituite essenzialmente da polvere  di carbone, vengono rialimentate al gassificatore. 



   La terza unità è costituita da uno scrubber pluristadio. Questa apparecchiatura  è costituita da una colonna all'interno della quale esistono almeno  tre zone idraulicamente separate. Nella prima zona, destinata all'adsorbimento  dei metalli eventualmente contenuti nei syngas, vengono inseriti  una serie di piatti, idonei allo scopo, sui quali viene fatta circolare,  da apposita pompa, la soluzione assorbente mantenuta a pH acido.  Il circuito di questa soluzione è dotato di una apposita sezione  di trattamento dove vengono fatti precipitare i metalli in essa contenuti,  filtrati e separati, e la soluzione reimmessa in ciclo. Nella seconda  zona, destinata alla neutralizzazione delle sostanze acide, vengono  inseriti un'altra serie di piatti, idonei allo scopo, sui quali viene  fatta circolare, da apposita pompa, la    soluzione neutralizzante  mantenuta a pH basico.

   Il circuito di questa soluzione è dotato di  una apposita sezione di trattamento dove vengono fatti precipitare  i sali ottenuti, filtrati e separati, e la soluzione reimmessa in  ciclo. La terza zona è costituita da un demister, ad alta efficienza,  destinato alla separazione delle micro gocce trascinate nel syngas  depurato.  2.6 Unità di compressione syngas  



   I syngas neutralizzati e purificati, vengono aspirati da una unità  di compressione pluristadio che ha il compito di vincere le perdite  di carico, generate dalle apparecchiature situate a monte, e di comprimere,  gli stessi syngas, alla pressione di 25 bar, necessaria alle fasi  di reazione successive. Essendo abbastanza alta la differenza di  pressione di esercizio tra le apparecchiature a monte e le apparecchiature  a valle del compressore (da pressione atmosferica in camera di gassificazione  a 25 bar nelle colonne a valle del compressore), risulta necessario  utilizzare un compressore con almeno tre stadi di compressione in  serie per raggiungere la pressione di esercizio stabilita. Il compressore  viene dotato di un sistema di regolazione di portata collegato ad  un trasmettitore elettronico di pressione, posizionato sulla camera  di gassificazione.

   Avendo come obiettivo il mantenimento, in modo  costante, della pressione di esercizio stabilita in camera di gassificazione,  con l'aumentare di questa, aumenterà la portata del compressore e  viceversa.  2.7 Separazione dei syngas in gas puri  



   L'unità di separazione dei syngas in gas puri è composta da una serie  di apparecchiature dove vengono realizzati degli specifici passaggi.  L'obiettivo di questa unità è di: a) effettuare la conversione catalitica  del CO    presente in H 2 +CO 2  aumentando così la concentrazione  di queste due sostanze, e minimizzando invece il CO che costituisce  la sostanza non utilizzabile; b) absorbimento della CO 2 , per sottrarla  alla corrente dei syngas, successivo desorbimento, liberando CO 2  pura e sottoraffreddamento finale per la liquefazione e lo stoccaggio;  c) absorbimento del H 2 , per sottrarlo alla corrente dei syngas  residui, desorbimento e compressione finale (dove necessario) per  lo stoccaggio; d) invio della corrente residua dei syngas, gas di  coda derivati dai trattamenti precedenti, al bruciatore della caldaia  per la produzione di vapore. 



   La prima sezione, di questa unità, è costituita dal reattore per  la conversione del CO+H 2 O in CO 2 +H 2 , in presenza di catalizzatori  a base di ZnO-CuO-A 12 O 2 ,che sono attivi a temperature di 180-350  DEG C. In questo reattore viene alimentata la corrente di syngas  e vapore d'acqua alla pressione di 25 bar alla temperatura di 280  DEG C. Per effetto di queste condizioni, in presenza del catalizzatore  sopra citato, avviene la reazione di conversione CO+H 2 O  ->  CO  2 +H 2  con un rendimento di conversione del  APPROX  84%. La reazione  è esotermica e il calore generato viene recuperato utilizzando, tramite  uno scambiatore di calore, la corrente gassosa in uscita dal reattore  per riscaldare la corrente in entrata al reattore di conversione.                                                              



   La seconda sezione, di questa unità, è costituita da una coppia di  colonne, destinate alla separazione della CO 2  presente nei syngas  alimentati. Nelle colonne viene fatto circolare una soluzione, al  30%, di carbonato di potassio in acqua, alla temperatura di 80 DEG  C, e per aumentare la velocità di absorbimento si impiegano attivatori  quali triossido di arsenico o di selenio. In questa condizione, nella  prima colonna mantenuta alla pressione di 22    bar, avviene la reazione  (esotermica) K 2 CO 3 +H 2 O+CO 2   ->   2 KHCO 3 . All'uscita di  questa colonna la miscela di syngas contiene, al massimo, una percentuale  residua di CO 2  di circa il 2%. Nella seconda colonna si effettua  il desorbimento della CO 2  mediante semplice espansione e stripping  in corrente di vapore della soluzione acquosa che viene così rigenerata  e reinviata nella prima colonna.

   La CO 2  prodotta, alla purezza  del 99,5%, viene criogenicamente raffreddata e liquefatta e, infine  inviata all'apposito contenitore per lo stoccaggio e all'utilizzo  finale. 



   La terza sezione di questa unità è costituita da due colonne destinate  alla separazione dell'idrogeno, con purezza del 99,9%, contenuto  nei syngas alimentati. Le colonne lavorano alla pressione di 21 bar,  a temperatura di 40 DEG C, e sono riempite con setacci molecolari.  Per avere una produzione continua di idrogeno le due colonne devono  lavorare in modo alternato. I syngas vengono alimentati nella prima  colonna, dove i setacci molecolari trattengono le varie componenti  gassose presenti, lasciando passare solo l'idrogeno, che viene inviato  al serbatoio di stoccaggio. Quando i setacci molecolari raggiungono  la saturazione questa colonna viene chiusa e i syngas vengono alimentati  nella seconda colonna, mentre la prima viene messa in rigenerazione  con una corrente di azoto ed approntata per il ciclo successivo.

    Il rendimento di separazione dell'idrogeno alimentato, in confronto  a quello recuperato è pari al 81%. I gas di coda di questa sezione,  ottenuti nella fase di rigenerazione con azoto, vengono resi alla  pressione di 1,5 bar ed utilizzati come gas combustibile nella caldaia  per la produzione del vapore.  Unità di separazione dei syngas  in gas puri  



    <tb><TABLE> Columns = 3 <ROW><SEP> % <tb><SEP> Composizione syngas  alimentati<SEP> H 2 <SEP> 43 <tb><SEP> alla prima sezione<SEP> CO<SEP>  38 <tb><SEP> ( APPROX )<ROW><SEP> CO 2 <SEP> 13<ROW><SEP> N 2 <SEP>  6<ROW><SEP> totale<SEP> 100 <tb><SEP> Composizione syngas alimentati<SEP>  H 2 <SEP> 53 <tb><SEP> alla seconda sezione ( APPROX )<SEP> CO<SEP>  3<ROW><SEP> CO 2 <SEP> 40<ROW><SEP> N 2 <SEP> 4 <tb><SEP> CO 2   recuperata % 98<SEP> totale<SEP> 100 <tb><SEP> Composizione syngas  alimentati<SEP> H 2 <SEP> 82 <tb><SEP> alla terza sezione ( APPROX  )<SEP> CO<SEP> 6<ROW><SEP> CO 2 <SEP> 2<ROW><SEP> N 2 <SEP> 10 <tb><SEP>  H 2  recuperato % 81<SEP> totale<SEP> 100 <tb><SEP> Composizione  syngas di coda ( APPROX )

  <SEP> H 2 <SEP> 38<ROW><SEP> CO<SEP> 23<ROW><SEP>  CO 2 <SEP> 4 <tb><SEP> -<SEP> N 2 <SEP> 29<ROW><SEP> H 2 O<SEP>  6 <tb><SEP> Quantità gas di coda sui syngas alimentati % 27 ( APPROX  )<SEP> totale<SEP> 100  <tb></TABLE> 



   Per chiarire maggiormente le peculiarità della presente invenzione,  nei disegni allegati vengono evidenziate, a titolo esemplificativo  e non esaustivo, le principali caratteristiche costruttive delle  apparecchiature necessarie allo svolgimento del processo.      Fig. 1 Sequenza a blocchi delle fasi di svolgimento del processo,  secondo la presente invenzione.     Fig. 2 Disegno schematico indicante  il reattore di gassificazione, secondo la presente invenzione, con  l'estrazione dei residui in forma vetrificata.     Fig. 3 Disegno  schematico indicante il reattore di gassificazione,   secondo la  presente invenzione, con l'estrazione dei residui solidi in forma  polverosa.

       Fig. 4 Disegno schematico indicante le apparecchiature  necessarie allo svolgimento dell'intero processo, secondo la presente  invenzione, per la produzione di H 2  e CO 2 , ad elevata purezza,  da alimentazione di materie prime.  



   In fig. 2, con il numero 1, viene complessivamente indicato il dispositivo  secondo la presente invenzione. Esso è costituito dal gruppo di alimentazione  delle materie prime indicato con il numero 3, dal reattore di gassificazione  indicato con il numero 5, dal sistema di estrazione dei residui solidi,  in forma vetrificata, indicato con il numero 7. Le materie prime  vengono trasportate, con sistemi tradizionali, dai bacini di stoccaggio  al serbatoio polmone 31. Azionando la valvola deviatrice 32, le materie  prime vengono inviate nel canale di addensamento 33, quando questo  è completamente riempito si aziona nuovamente la valvola deviatrice  32, inviando le materie prime nel canale di addensamento 34.

   Contemporaneamente  all'azionamento della valvola deviatrice si aziona lo spintore 35  che comprimendo le materie prime contro la parete della valvola a  ghigliottina 36, permette il raggiungimento della densità voluta  (0,6-0,8 kg/dm<3>). Terminata la fase di addensamento, si interrompe  l'azione dello spintore, viene aperta la valvola a ghigliottina 36,  si riattiva l'azione dello spintore che sospinge le materie prime,  pressate, nel canale di alimentazione 37. Quando lo spintore ha superato  la valvola a ghigliottina, viene arrestato ed arretrato fino alla  posizione di partenza,    pronto per il ciclo successivo. Le materie  prime seconde pressate incontrano, alla fine del canale di alimentazione,  il macinatore 38, che ha il compito di ridurne la pezzatura, e in  uscita da questo, cadono nella coclea 39, sottostante, che le alimenta  al reattore di gassificazione.

   La stessa sequenza operativa viene  effettuata, a garanzia di una alimentazione continua al macinatore,  tramite il canale di addensamento 34, lo spintore 40, la valvola  a ghigliottina 41, il canale di alimentazione 42. Per garantire una  sicurezza di esercizio, in questa zona dell'impianto, viene alimentato  in continuo, attraverso il tronchetto 43, un flusso di CO 2  per  inertizzare tutta la sezione di alimentazione. 



   La sezione di alimentazione del reattore di gassificazione è costituita  dal tronco cilindrico 51, dotato, sul lato superiore da un portello  di ispezione 52, e sul lato inferiore dal raccordo flangiato 53,  per il collegamento alla sezione sottostante. Sulla parete del cilindro  viene ricavato il tronchetto flangiato 54 per il collegamento con  la coclea di alimentazione 39 che trasporta le sostanze da gassificare  dal macinatore 38 al reattore 5. 



   La sezione di gassificazione a profilo termico variabile è composta  da una serie di tronchi di reattore 55, sovrapponibili, anche se  con diametri diversi, grazie alle rastremazioni tronco-coniche 56,  che ne rendono possibile l'accoppiamento. Ogni tronco di questa sezione  è dotato, di almeno una coppia di torce termiche 57, distanti almeno  1 metro e disposte in modo alternato a 180 DEG  una dall'altra. Di  fronte ad ogni torcia, sulla parte opposta del cilindro, viene installata  una sonda    58 per il rilievo della temperatura. In funzione della  temperatura impostata, nel profilo termico predisposto per quel reattore,  ogni sonda andrà a regolare la quantità di combustibile sulla torcia  corrispondente, in modo da mantenere la temperatura esatta prevista  in quel punto. La camera di gassificazione termina, nella parte inferiore,  con il tronco di collegamento 59.

   Questo tronco, sempre a forma cilindrica,  è dotato alle estremità di raccordi flangiati, per il collegamento  verso l'alto con la sezione di gassificazione, e verso il basso con  la sezione di evacuazione dei residui solidi. Sulla parete del cilindro  sono ricavate le due bocche di uscita 60 del syngas destinato alle  fasi di trattamento successive. 



   La sezione di evacuazione 7 dei residui solidi di gassificazione,  è costituita da una camera di fusione a forma parallelepipeda disposta  orizzontalmente, con una pendenza tra il 4% e 8%. Ad una delle due  estremità, sul lato superiore, viene ricavato il collegamento flangiato  71, che unisce la camera di fusione, per mezzo del tronco i collegamento  59, alla sezione di gassificazione. Dalla parte opposta viene ricavata,  sul lato inferiore, la bocca di uscita 72 dei residui solidi di gassificazione,  liquefatti per effetto della temperatura di esercizio in questa zona,  garantita dal funzionamento delle torce 73.

   La temperatura prefissata  per questa zona,  APPROX 1500 DEG C, viene rilevata con la sonda  74, che regola l'afflusso del combustibile alle torce 73, con una  fiamma leggermente ossidante per garantire la termoossidazione del  carbonio eventualmente inglobato nei residui solidi di gassificazione.  La bocca di uscita 72 è collegata al contenitore 75, mantenuto a  livello    costante con acqua. I residui solidi della gassificazione,  liquefatti per l'alta temperatura, percorrono la camera di fusione  in tutta la sua lunghezza, facilitati dalla pendenza, e fuoriescono  dalla bocca di scarico 72 per finire nell'acqua del contenitore 75,  dove raffreddandosi violentemente assumono una matrice vetrosa. La  coclea 76 provvede al trasporto in continuo dei residui vetrificati  dal contenitore 75 al container 77. 



   In fig. 3, con il numero 1, viene complessivamente indicato il dispositivo  secondo la presente invenzione. Esso è costituito dal gruppo di alimentazione  delle materie prime indicato con il numero 3, dal reattore di gassificazione  indicato con il numero 5, dal sistema di estrazione dei residui solidi,  in forma polverosa, indicato con il numero 8. La descrizione del  gruppo di alimentazione 3 e del reattore di gassificazione 5, è esattamente  uguale a quanto indicato per la fig. 2. 



   Nella sezione di evacuazione dei residui solidi di gassificazione,  in forma polverosa, la termoossidazione viene effettuata per eliminare  le tracce di carbonio eventualmente inglobato nei residui stessi.  Questa sezione è costituita dalla camera cilindrica 8, disposta orizzontalmente,  collegata alla sezione di gassificazione 5, per mezzo del tronco  di collegamento 59, e di una apertura flangiata 81, situata ad una  estremità della camera stessa sulla parete superiore. All'altra estremità  della camera, ma sulla parete inferiore, viene ricavata la bocca  di uscita 82 dei residui solidi polverosi. All'interno di questo  cilindro, sollevata almeno 1 cm dalla parete inferiore, viene installata  la coclea    83, che ha il compito di trasportare i residui solidi,  provenienti dalla sezione di gassificazione, alla bocca di scarico  82.

   L'ossidazione finale dei residui solidi polverosi viene ottenuto  con la fiamma, alimentata con ossigeno in eccesso, delle torce 84.  I residui solidi, in uscita dalla bocca di scarico 82, entrano nel  contenitore 85, dove per mezzo della coclea 86, vengono trasportati  nel container mobile 87 per essere inviate al luogo di destinazione  finale. 



   In fig. 4, con 3 viene indicato il gruppo di alimentazione delle  materie prime, con 5 viene indicato il reattore di gassificazione,  con 7 viene indicato il sistema di vetrificazione ed estrazione dei  residui solidi di gassificazione, con 9 vengono indicati gli scambiatori  per il recupero del calore, con 10 vengono indicate le apparecchiature  per la depurazione del syngas, con 11 viene indicata la batteria  di compressori del syngas, con 12 viene indicato il reattore catalitico  per la conversione CO+H 2 O in H 2 +CO 2 , con 13 vengono indicate  la colonna di absorbimento e la colonna di desorbimento per la separazione  della CO 2 , con 14 vengono indicate le due colonne, che alternativamente  permettono di separare l'H 2  presente nei syngas, con 15 viene indicata  la caldaia per la produzione del vapore,

   che utilizza come combustibile  alternativo i gas di coda in uscita dagli stadi precedenti.

Claims (15)

1. Procedimento per la produzione di syngas puri, idrogeno e anidride carbonica, da gassificazione veloce di materie prime, di natura liquida solida, fangosa, siano esse appositamente prodotte allo scopo o derivanti da processi industriali e non più riutilizzabili negli stessi processi, o combustibili derivati da rifiuti, o biomasse, procedimento comprendente le fasi di alimentazione, termo-gassificazione veloce, estrazione dei residui solidi in forma polverosa o in forma vetrificata, purificazione e compressione dei syngas, separazione dei gas puri, caratterizzato dal fatto che:
a) le materie prime vengono trattate nella sezione di alimentazione di un reattore monotubolare a sviluppo verticale, a flusso discendente con un sistema a pressione differenziale che permette l'introduzione delle stesse nella sezione di gassificazione del reattore, senza trascinamenti di aria esterna e con la pezzatura del materiale inversamente proporzionale al suo spessore;
b) nella sezione di gassificazione, le materie prime alimentate subiscono la gassificazione in atmosfera riducente, a una temperatura di esercizio regolata da un profilo termico variabile, ottenuto con una serie di coppie di torce, disposte lungo la sezione di gassificazione a 180 DEG l'una dall'altra, temperatura che, in funzione delle caratteristiche fisico chimiche delle materie prime alimentate, è compresa fra un minimo di à 350 DEG C nella parte superiore della sezione di gassificazione, e un massimo di 1200 DEG C nella parte inferiore di detta sezione;
c) i residui solidi di gassificazione sono convogliati per caduta nella sezione di evacuazione, ricavata nella zona inferiore del reattore, che a seconda del caso, può fungere da camera di ossidazione finale con l'estrazione in forma polverosa, oppure da camera di ossidazione e fusione con successiva vetrificazione mediante raffreddamento in acqua; d) i syngas ottenuti dal processo di gassificazione sono inviati a trattamento di purificazione e separazione pluristadio per ottenere H 2 e CO 2 , con purezza superiore al 99%;
2.
Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che nella sezione di alimentazione del reattore le materie prime vengono prima compresse, per eliminare l'aria in esse contenuta, quindi vengono alimentate tramite un sistema a pressione differenziale così da impedire l'ingresso di aria esterna nel reattore, poi macinate, a pezzatura controllata, per facilitare la gassificazione veloce e, ai fini della sicurezza alimentate nella sezione di gassificazione in atmosfera resa inerte da una corrente di CO 2 .
3.
Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la sezione di gassificazione del reattore monotubolare, è dotata di una serie di zone termiche, ricavate in tronchi cilindrici lunghi da 1 a 3 metri, di diametro interno (in misura crescente dall'alto verso il basso) compreso fra un minimo di 0,5 m e un massimo di 2,5 m, la cui temperatura di esercizio è liberamente impostabile nel campo tra 350 e 1200 DEG C.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che ogni zona termica dispone di una propria coppia di torce, dove la temperatura viene rilevata da apposita termocoppia che, per mezzo di un circuito elettronico, regola l'afflusso di combustibile e dell'ossigeno, quale unico comburente, dosati in rapporto stechiometrico.
5.
Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la sezione di evacuazione è dotata di una coclea realizzata per l'estrazione dei residui solidi in forma polverosa, previa ossidazione termica finale che elimina eventuali tracce di carbonio ancora presenti.
6. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la sezione di evacuazione è in pendenza per il deflusso dei residui solidi allo stato fuso, previa ossidazione termica finale che elimina eventuali tracce di carbonio ancora presenti.
7.
Procedimento secondo le rivendicazioni 5 e 6, caratterizzato dal fatto che la sezione di evacuazione è dotata di apposite torce, indipendenti dalle torce della sezione di gassificazione, con un proprio rilevamento di temperatura che permettono di raggiungere le temperature prefissate in funzione della forma, polverosa o vetrificata, del residuo solido ottenuto.
8. Procedimento secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che le torce della sezione di evacuazione possono essere alimentate con il comburente in eccesso, creando una zona leggermente ossidante, che permette l'eliminazione del carbonio dai residui solidi di gassificazione.
9.
Reattore (1) per la realizzazione del procedimento di termogassificazione veloce di materie prime secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8 caratterizzato dal comprendere: una sezione di alimentazione a pressione differenziale (3), per eliminare l'ingresso di aria nel reattore, comprendente un macinatore (38) che permette di ridurre le materie prime alla pezzatura voluta e di trasportarle alla sezione seguente mediante la coclea (39); una sezione di gassificazione (5) composta da una serie di tronchi cilindrici sovrapposti (55), lunghi da 1 a 13 m, dotati ognuno di almeno una coppia di torce (57) e dei relativi dispositivi di rilevamento termometrico (58);
una sezione di evacuazione dei residui solidi di gassificazione, collegata alla sezione di gassificazione per mezzo di un tronco di reattore (59) in atmosfera parzialmente ossidante, realizzato per l'estrazione in fase vetrificata (7), oppure in fase polverosa (8).
10. Reattore secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la sezione di gassificazione viene realizzata con tronchi cilindrici sovrapposti (55), di diametro variabile, accoppiati mediante le rastremazioni (56), che permette di mantenere ai syngas sviluppati una velocità costante di attraversamento dei singoli tronchi, per tutta la sezione di gassificazione.
11.
Reattore secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la serie di dispositivi di rilevamento termometrico (58) permettono di ottenere un profilo termico variabile in funzione della tipologia delle materie prime alimentate.
12. Reattore secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la sezione di evacuazione è costituita da una camera a forma parallelepipeda, disposta orizzontalmente, con una pendenza verso la bocca di scarico (72), compresa tra il 4-8%, per facilitare il convogliamento dei residui liquefatti per effetto della temperatura di circa 1500 DEG C.
13.
Reattore secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la sezione di evacuazione è costituita da una camera cilindrica, disposta orizzontalmente, dotata di una seconda coclea (83) che ha lo scopo di convogliare i residui solidi in forma polverosa verso la bocca di scarico (82).
14. Reattore secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che nella sezione di gassificazione (5), tutte le torce (57) sono dotate di un sistema di regolazione elettronica che permette di impostare, attraverso il computer in sala comando, il profilo termico più idoneo alla gassificazione delle materie prime alimentate al reattore.
15.
Reattore secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la sezione di gassificazione (5), mantenuta in atmosfera riducente, è collegata con la sezione di evacuazione dei residui solidi vetrificati (7) o polverosi (8), mantenuta in atmosfera leggermente ossidante.
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