ITPI20100052A1 - Processo ed apparato per la gassificazione di materiali organici - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo “PROCESSO ED APPARATO PER LA GASSIFICAZIONE DI MATERIALI ORGANICI†,

DESCRIZIONE

Ambito dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un processo e ad un’apparecchiatura per la gassificazione di materiali organici di vario tipo, in particolare biomasse.

Il processo e l’apparecchiatura permettono di ottenere un gas di sintesi adatto come combustibile per motori endotermici, turbine a gas, caldaie, o come alimentazione di ulteriori conversioni chimiche.

Cenni alla tecnica nota – Problemi tecnici

Sono noti procedimenti detti di pirogassificazione, ed apparati atti a realizzare tali procedimenti, per ricavare gas combustibile adatto ad alimentare dispositivi come turbine a gas, motori endotermici, caldaie, a partire da biomasse residuali di processi agricoli, agroindustriali, di manutenzione boschiva e del verde pubblico, nonché da rifiuti organici provenienti da raccolta differenziata. Tali biomasse contengono una frazione che comprende composti complessi del carbonio quali lignina e cellulosa, ed altre frazioni inerti.

Normalmente, i processi di pirogassificazione che si svolgono preferibilmente in camere di reazione distinte, comprendono i processi consecutivi di:

– pirolisi, in cui mediante riscaldamento ad una temperatura compresa tra 400 e 600°C, in sostanziale assenza di ossigeno, la biomassa viene trasformata in una frazione solida sostanzialmente costituita da carbone e in un gas di pirolisi comprendente composti idrocarburici nonché altri composti dipendenti dal tipo di biomassa, tra cui composti condensabili comunemente indicati come “tar†;

– gassificazione, in cui la frazione solida, e il gas di pirolisi, vengono portati a contatto con una corrente di gas comburente, aria od ossigeno, in difetto rispetto alle quantità stechiometriche di combustione, ed eventualmente vapor d’acqua, per ottenere il gas combustibile, separandolo da una scoria vetrificata derivante dalla frazione non gassificabile della biomassa.

Schematicamente, la gassificazione prevede lo svolgimento delle fasi di:

– combustione del carbone e dei composti del gas di pirolisi, il cui scopo à ̈ produrre calore per il mantenimento della temperatura necessaria al processo;

– gassificazione propriamente detta, in cui hanno luogo reazioni, tra cui eventuali reazioni di reforming con vapore acqueo, che producono, per lo più endotermicamente, monossido di carbonio e idrogeno, principali componenti del gas combustibile; trattandosi di reazioni di equilibrio, gli esiti sono fortemente dipendenti dalla temperatura;

– eventuale riduzione del carbone e del monossido di carbonio a metano.

Le fasi del processo di gassificazione si svolgono all’interno di una camera di gassificazione, normalmente verticale, in zone che hanno forma ed estensione dipendente dalla natura continua o discontinua del processo, dalla mobilità del letto di materiale da gassificare e dal percorso del comburente rispetto al letto di materiale da gassificare.

In un tipo noto di reattori di gassificazione, il materiale, durante le varie fasi della gassificazione, costituisce un letto sostanzialmente fisso, disposto su di una griglia, che à ̈ preferibilmente mobile per permettere la discesa della scoria al di sotto di esso.

Sono noti, in particolare reattori in grado di trattare un’alimentazione continua del materiale da gassificare, sia pure con le note difficoltà dei sistemi con alimentazione solida.

In DE20109084U1 viene descritto un dispositivo per ottenere una miscela gassosa combustibile da un materiale residuale contenente una frazione carboniosa. Esso prevede un reattore che ha almeno una zona di ossidazione del materiale residuale ed una zona di riduzione di almeno un prodotto di ossidazione. È prevista un’unità di introduzione del materiale connessa lateralmente ed in direzione orizzontale al reattore.

In DE20109084U1, l’unità di introduzione comprende almeno una coclea, e/o l’unità di preriscaldamento à ̈ provvista di un dispositivo di riscaldamento del materiale alimentato al reattore, che in particolare à ̈ utilizzato anche per raffreddare la miscela gassosa prodotta dal reattore. Sono anche previste forme realizzative in cui à ̈ previsto un ingresso dall’alto dei gas, in modo che la zona di ossidazione si disponga al di sopra della zona di riduzione. Il dispositivo à ̈ inteso a migliorare la qualità del gas, limitando l’ingresso di “aria falsa†assieme all’alimentazione di materiale da gassificare.

Un altro reattore di gassificazione a letto fisso à ̈ descritto in DE3929925A1, che si riferisce ad un processo per controllare la gassificazione di un materiale solido sotto pressione mediante una miscela contenente ossigeno e vapor d’acqua. Tale miscela viene immessa nel letto fluido attraverso una griglia rotante ed uno strato di scoria in forma di cenere disposto sopra la griglia, in cui il rapporto vapore/ossigeno viene aumentato o diminuito secondoché la differenza di pressione tra sopra lo strato di cenere e sotto la griglia à ̈ inferiore/superiore ad un valore assegnato. Ciò serve a condizionare la forma e la granulometria in cui à ̈ ottenuta la scoria.

Una difficoltà maggiore dei sistemi a letto fisso, in particolare quelli con alimentazione continua del materiale da gassificare, consiste nella tendenza all’“impaccamento†del letto, con formazione di ostacoli e creazione di cammini differenziali per il gas comburente. Un altro svantaggio à ̈ dato dalla difficoltà di trattamento del tar ricevuto dal reattore di pirolisi, a meno di adottare temperature molto elevate. Il tar si ritrova come inquinante nei gas prodotti, e, oltre a peggiorare la resa in gas, comporta onerose operazioni di separazione, che si sommano a quelle di rimozione di particolato e componenti acidi del gas.

Per ovviare a tali svantaggi si à ̈ fatto ricorso a reattori a letto fluido, in cui il materiale da gassificare à ̈ sospeso in una corrente di gas, o fatto circolare assieme a questa secondo un ricircolo stazionario. Tale tecnologia à ̈ tuttavia molto più complessa e comporta notevoli oneri di progettazione, realizzazione e gestione, nonché maggiori perdite termiche; inoltre, richiede materiale da gassificare di pezzatura fine ed omogenea, e può dar luogo a notevoli quantità di scorie e sensibile perdita di combustibile nelle scorie stesse. Pertanto, specialmente negli impianti di filiera corta, di piccola taglia, i sistemi a letto fluido non sono in genere una soluzione conveniente. Considerazioni analoghe valgono per la tecnologia a letto trascinato.

Similmente, in EP1129154, viene esposto un metodo per gassificare in letto fisso un combustibile contenente carbonio in cui si alimenta il combustibile ad un’altezza prefissata direttamente nel reattore di gassificazione. In tal modo al di sotto del punto di alimentazione si forma una zona ove si svolgono reazioni di pirolisi, riduzione ed ossidazione, in cui si alimenta aria primaria, o altro gas ossidante, dal di sotto del letto e si estrae il gas prodotto dal di sopra del letto. Sopra il punto di alimentazione e presso la superficie del letto si alimenta aria secondaria, in modo che la temperatura localmente sia meno di 800°C. In una forma realizzativa particolare, à ̈ previsto l’impiego di una griglia girevole, attraverso cui preferibilmente si alimenta l’aria primaria in maniera forzata, per ridurre tipici problemi di drenaggio, impaccamento ossia effetto ponte e canalizzazione del flusso.

Tuttavia, EP1129154 non consente di eliminare il tar durante la gassificazione, per cui à ̈ necessario un dispositivo di cracking termico e catalitico per rimuovere il tar dal gas formatosi.

Sintesi dell’invenzione

È quindi scopo della presente invenzione fornire un siffatto metodo e apparato per ottenere un gas combustibile a basso contenuto di tar, adatto ad alimentare caldaie, turbine a gas, motori endotermici ed altri dispositivi, in modo che richieda limitate operazioni di purificazione del gas combustibile prodotto, in particolare, da prodotti condensabili e non, tipo tar.

È inoltre scopo della presente invenzione fornire un metodo ed un apparato per ottenere un gas combustibile da una biomassa di origine preferibilmente vegetale, in cui à ̈ previsto un reattore di gassificazione a letto sostanzialmente fisso esente da apprezzabile impaccamento del letto di materiale da gassificare.

È poi scopo particolare della presente invenzione fornire siffatto metodo e apparato che comporti limitati tempi e costi di realizzazione e gestione.

Questi ed altri scopi sono raggiunti da un apparato per ottenere un gas combustibile da una biomassa, in particolare da una biomassa di origine vegetale, l’apparato comprendendo:una camera di pirolisi avente:

– una luce di ingresso per la biomassa ed una luce di passaggio;

– mezzi per alimentare la biomassa nella camera di pirolisi attraverso la luce di ingresso;

– mezzi per movimentare la biomassa nella camera di pirolisi dalla luce di ingresso alla luce di passaggio; – mezzi per somministrare calore alla biomassa nella camera di pirolisi;

in cui i mezzi per somministrare calore sono atti a cooperare con i mezzi per movimentare la biomassa e per mantenere la biomassa ad una temperatura di pirolisi predeterminata per un tempo predeterminato, in modo che la biomassa esca dalla luce di passaggio nella forma di un materiale pirolizzato comprendente una sostanza semisolida prevalentemente carboniosa ed una sostanza liquida e/o gassosa comprendente composti organici;

– una camera di gassificazione avente:

– una porzione superiore comunicante con la camera di pirolisi attraverso la luce di passaggio, in modo che il materiale pirolizzato proveniente dalla camera di pirolisi attraverso la luce di passaggio abbia un moto discendente all’interno della camera di gassificazione; – una porzione inferiore comprendente:

− mezzi di supporto del materiale pirolizzato, atti a sostenere un letto formato dal materiale pirolizzato in caduta dalla luce di passaggio;

− mezzi di distribuzione di un flusso di un gas ossidante, in particolare aria e/o ossigeno e/o vapor d’acqua, i mezzi di distribuzione essendo atti a causare nella porzione inferiore una combustione del letto ad una temperatura di combustione predeterminata, ed una conseguente trasformazione del materiale pirolizzato nel gas combustibile, comprendente in particolare monossido di carbonio ed idrogeno;

− una luce di uscita per il gas combustibile, la luce di uscita essendo realizzata nella porzione inferiore inferiormente ai mezzi di distribuzione di un flusso di gas e inferiormente ai mezzi di supporto in modo che il gas che si forma sopra i mezzi di supporto per effetto del gas ossidante che attraversa il letto segua un percorso di arricchimento attraverso il letto per raggiungere la luce di uscita.

In tal modo, con la formazione del letto di materiale pirolizzato nella porzione inferiore della camera di gassificazione e con la distribuzione nella porzione inferiore del flusso di un gas ossidante, si crea una di una zona di combustione avente una temperatura di combustione predeterminata nella porzione inferiore al letto, con formazione di una miscela gassosa di gas riducenti, e di una zona di riduzione al di sopra della zona di combustione in cui il materiale pirolizzato interagisce con i gas riducenti formando una miscela contenente il gas combustibile, in particolare monossido di carbonio ed idrogeno; il quale gas combustibile deve attraversare nuovamente il flusso di gas per poi raggiungere la luce di uscita.

In particolare, i mezzi per movimentare la biomassa nella camera di pirolisi sono mezzi a vite.

Vantaggiosamente, i mezzi per somministrare calore alla biomassa nella camera di pirolisi comprendono mezzi di scambio termico a superficie tra la camera di pirolisi e il gas tale che il gas combustibile lambisca una faccia dei mezzi di scambio termico ad una temperature prossima alla temperatura di combustione portando/mantenendo in tal modo alla temperatura di pirolisi la biomassa in movimento all’interno della camera di pirolisi da una parte opposta dei mezzi di scambio termico,

in modo da fornire alla biomassa l’energia necessaria per il processo di pirolisi ed a mantenere la biomassa alla temperatura di pirolisi.

In particolare, i mezzi di scambio termico tra la camera di pirolisi e il gas combustibile comprendono una parete di scambio termico che separa la camera di pirolisi con mezzi di convogliamento pneumatico del gas combustibile a valle della luce di uscita.

Preferibilmente, i mezzi di convogliamento pneumatico del gas combustibile comprendono mezzi di separazione atti a trattenere eventuali particelle solide trascinate dal gas. In particolare, i mezzi di separazione comprendono un separatore gravitazionale tipo ciclone.

Vantaggiosamente, i mezzi di supporto del materiale pirolizzato comprendono una porzione fissa ed una porzione mobile rispetto alla porzione fissa. In particolare, la porzione mobile può essere scelta tra:

 una porzione girevole attorno ad un asse della camera di gassificazione;

 una porzione traslante atta a muoversi verticalmente in modo alternato;

 una combinazione di quanto sopra.

Preferibilmente, i mezzi di distribuzione di un flusso di un gas ossidante comprendono una via di passaggio del gas ossidante all’interno della porzione mobile dei mezzi di supporto ed una pluralità di ugelli per detto gas ossidante disposti tra la via di passaggio ed una superficie esterna della porzione mobile dei mezzi di distribuzione.

In una forma realizzativa particolare, i mezzi di supporto del materiale pirolizzato comprendono una pluralità di corpi tubolari, in particolare i corpi tubolari avendo forma toroidale, i corpi tubolari delimitando una porzione della via di passaggio, i corpi tubolari sviluppandosi secondo rispettivi piani sovrapposti a diversi livelli.

Preferibilmente, i mezzi di supporto sono atti a consentire la caduta di una scoria prodotta nella camera di gassificazione del materiale pirolizzato in un vano di raccolta della scoria al di sotto dei mezzi di supporto, il vano di raccolta essendo associato a mezzi di tenuta idraulica preferibilmente costituiti da un bacino in uso allagato con acqua, e in cui sono previsti mezzi per ritirare la scoria attraverso il bacino.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, gli scopi sopra elencati sono altresì raggiunti da un metodo per ottenere un gas combustibile da una biomassa, in particolare da una biomassa di origine vegetale, il metodo prevedendo le fasi di:

– predisposizione di una camera di pirolisi avente una luce di ingresso per la biomassa ed una luce di passaggio; – alimentazione della biomassa nella camera di pirolisi attraverso la luce di ingresso;

– movimentazione della biomassa nella camera di pirolisi tra la luce di ingresso e la luce di passaggio;

– somministrazione di calore alla biomassa nella camera di pirolisi in combinazione con la movimentazione la biomassa, in modo che la biomassa si mantenga ad una temperatura di pirolisi predeterminata per un tempo predeterminato e n carboniosa ed una sostanza liquida e/o gassosa comprendente composti organici;

– predisposizione di una camera di una camera di gassificazione avente una porzione superiore comunicante con la camera di pirolisi attraverso la luce di passaggio, e una porzione inferiore;

– alimentazione attraverso la luce di passaggio del materiale pirolizzato proveniente dalla camera di pirolisi in modo che il materiale pirolizzato proveniente dalla camera di pirolisi attraverso la luce di passaggio abbia un moto discendente all’interno della camera di gassificazione; – sostegno del materiale pirolizzato in caduta dalla luce di passaggio, in modo da formare un letto del materiale pirolizzato;

– distribuzione di un flusso di un gas ossidante, in particolare aria e/o ossigeno e/o vapor d’acqua, in modo da causare nella porzione inferiore una combustione del letto ad una temperatura di combustione predeterminata, e da causare una conseguente trasformazione del materiale pirolizzato nel gas combustibile, comprendente in particolare monossido di carbonio ed idrogeno;

– predisposizione di una luce di uscita per il gas combustibile nella porzione inferiore e inferiormente ai mezzi di distribuzione, di un flusso di gas e inferiormente al letto in modo che il gas che si forma sopra la griglia per effetto del gas ossidante che attraversa il letto segua un percorso di arricchimento attraverso il letto per poi raggiungere la luce di uscita.

Preferibilmente, la temperatura di pirolisi à ̈ compresa tra 200°C e 500°C, in particolare la temperatura di pirolisi à ̈ prossima a 400°C.

Preferibilmente, la temperatura di combustione à ̈ compresa tra 700°C e 900°C, in particolare la temperatura di combustione à ̈ prossima a 800°C.

Vantaggiosamente, la fase di somministrazione di calore alla biomassa nella camera di pirolisi comprende una fase di recupero di calore dal gas combustibile in modo che il gas combustibile ceda alla biomassa nella camera di pirolisi almeno una quota di un’energia necessaria per la pirolisi.

Preferibilmente, prima della fase di recupero di calore à ̈ prevista una fase di separazione di particelle solide dal gas combustibile.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche della presente invenzione saranno più chiare con la descrizione che segue di sue forme realizzative, fatta a titolo esemplificativo, con riferimento ai disegni annessi, in cui:

 la figura 1 mostra schematicamente in sezione il reattore di pirolisi ed il reattore di gassificazione dell’apparato secondo l’invenzione;

 la figura 2 mostra uno schema di flusso di una linea di pirolisi comprendente l’apparato secondo l’invenzione;

 le figure 3 e 4 sono viste in sezione parziale della parte interna della camera di gassificazione, che mostrano più in dettaglio una forma realizzativa di mezzi di supporto aventi una parte girevole che ospita un distributore dei gas ossidanti all’interno del reattore di gassificazione.

Descrizione di forme realizzative preferite

Con riferimento alle figure 1 e 2, viene descritta una forma realizzativa dell’apparato 100 secondo l’invenzione, per ottenere un gas combustibile 3 da una biomassa 1, in particolare da una biomassa di origine vegetale.

L’apparato 100 à ̈ provvisto di un reattore di pirolisi 10’ comprendente una camera di pirolisi 10, e di un reattore di gassificazione 20’ comprendente una camera di gassificazione 20. La camera di pirolisi 10 ha uno sviluppo longitudinale tra una luce di ingresso 11 (figura 2) per la biomassa 1 ed una luce di passaggio 19 attraverso cui la camera di pirolisi 10 à ̈ in comunicazione con la camera di gassificazione 20.

Preferibilmente la luce di passaggio 19 à ̈ interna alla camera di gassificazione 20 come mostrato in figura 2; in altre parole, la camera di pirolisi 10 sporge preferibilmente all’interno della camera di gassificazione 20.

La biomassa alimentata al reattore proviene da uno stoccaggio 13 (figura 2), preferibilmente di biomassa essiccata con mezzi convenzionali, non rappresentati.

Il reattore di pirolisi 10’ comprende mezzi 12 a vite (figura 1) idonei a movimentare la biomassa 1 di origine vegetale in sostanziale assenza di aria tra la luce di ingresso 11 e la luce di passaggio 19; in alternativa, i mezzi di movimentazione 12 possono essere mezzi a pistone o di altro tipo, non rappresentati, a seconda delle caratteristiche della biomassa.

Il reattore di pirolisi 10’ à ̈ inoltre provvisto di mezzi 15 per cedere calore alla biomassa 1 mentre progredisce all’interno della camera di pirolisi 11. Nella forma realizzativa rappresentata, i mezzi 15 per somministrare calore comprendono mezzi di scambio termico tra un fluido caldo e la biomassa 1, nella forma realizzativa specifica formati da una camicia di scambio termico 14 realizzata esternamente della camera di pirolisi 10. Il fluido caldo comprende preferibilmente il gas combustibile 3 prodotto dalla camera di gassificazione 20, alimentato come descritto seguito più oltre.

Il flusso termico verso la biomassa attraverso i mezzi di scambio termico 15 e la velocità di avanzamento della biomassa 1 imposta dai mezzi 12 per movimentare la biomassa 1 sono cooperativamente definiti in modo tale da realizzare un’esposizione della biomassa 1 nella camera di pirolisi 10 ad una temperatura di pirolisi predeterminata, tipicamente prossima a 400°C, per un tempo predeterminato, provocando in tal modo una pirolisi della biomassa 1, vale a dire una trasformazione della biomassa 1 in un materiale pirolizzato 2 in cui sono presenti almeno due fasi, ossia un materiale pirolizzato comprendente una sostanza semisolida 2’ formata prevalentemente da carbonio, ed assimilabile al carbone, ed una sostanza liquida e/o gassosa 2†in cui sono presenti composti organici di vario tipo e peso molecolare.

Sono a tal fine previsti mezzi a programma 18 per controllare attraverso mezzi di controllo 12’ la velocità di rotazione della vite 12 in funzione di parametri qualitativi dell’avanzamento della pirolisi, rilevati con appositi sensori 18’, in particolare sensori di temperatura, lungo la camera 10.

Attraverso la luce di passaggio 19, la camera di gassificazione 20 del reattore di gassificazione 20’ riceve sia il solido 2’ che il liquido e/o il gas 2†contenuto nel materiale pirolizzato 2. La parte solida 2’ del materiale pirolizzato 2 scende all’interno della camera di gassificazione 20 formando un letto sostanzialmente fisso 4 che insiste su mezzi di supporto 30 disposti in una porzione inferiore della camera di gassificazione 20. Sempre in una sua porzione inferiore, la camera di gassificazione 20 comprende mezzi di distribuzione 40 di un flusso di un gas ossidante 5, che può essere aria e/o ossigeno.

Come mostrato in figura 2, nel caso di impiego di ossigeno come gas ossidante 5 à ̈ sufficiente un grado di purezza quale quello raggiungibile mediante un dispositivo 51 a setacci molecolari. Nel gas ossidante 5 può essere presente, eventualmente, vapor d’acqua.

Il gas ossidante 5 à ̈ dosato mediante mezzi di regolazione 52 (figura 2) in modo da trasformare una porzione inferiore del letto 4 di materiale in una zona di combustione 6 che si porta ad temperatura di combustione tipicamente compresa tra 700°C e 900°C, preferibilmente ad una temperatura prossima a 800°C, il valore inferiore a cui avviene la combustione definendo una prima superficie isoterma 6’ che limita superiormente la zona di combustione 6.

Il calore generato dalla combustione nella zona di combustione 6 crea un gradiente termico nel letto di materiale 4, in particolare al di sopra della prima superficie isoterma 6’ si crea una zona di gassificazione 7 del letto 4 in cui hanno luogo reazioni di gassificazione in cui una parte del materiale pirolizzato 2 si trasforma nel gas combustibile 3 formato principalmente da monossido di carbonio e idrogeno lasciando una scoria 8 inerte. La zona di gassificazione 7 à ̈ limitata superiormente da una seconda superficie isoterma 7’, corrispondente ad una temperatura al di sotto della quale reazioni di gassificazione non hanno sostanzialmente luogo.

I mezzi di supporto 30 presentano delle vie di passaggio per la scoria 8, particolare preferibilmente tali mezzi di supporto hanno la forma di una griglia 30, in modo che la scoria 8 residua delle reazioni di gassificazione del letto 4 di materiale pirolizzato possa cadere al di sotto dei mezzi di supporto 30 accumulandosi sul fondo 25 della camera di gassificazione 20. La porzione inferiore della camera di gassificazione 20 Ã ̈ dotata di una portella di ispezione 50.

In ragione delle elevate temperature raggiunte nella camera di gassificazione 20, il reattore di gassificazione 20’ prevede due pareti di materiale refrattario 26 e 27, ed uno stato di materiale di coibentazione 28.

Secondo la forma realizzativa rappresentata in figura 2, nel reattore di gassificazione 20’ il fondo 25 forma un vano di raccolta della scoria 8, ed à ̈ provvisto di mezzi di tenuta idraulica, in questo caso costituiti da un bacino allagato con acqua, e di mezzi a vite 54 per estrarre la scoria 8 attraverso il bacino.

La camera di gassificazione 20 ha una luce di uscita 29 realizzata al di sotto dei mezzi di distribuzione 40. Tale luce di uscita comunica con mezzi di aspirazione (figura 2) e si trova quindi ad una pressione inferiore rispetto alla camera di gassificazione 20. In tal modo, il flusso di gas formato sopra i mezzi di supporto 30 dal gas ossidante 5 che attraversa la parte inferiore del letto 4, e poi dal gas 3 prodotto delle reazioni di gassificazione, attraversa nuovamente il letto 4 per poi raggiungere la luce di uscita 29. In altre parole, il flusso gassoso ossidante/ossidato interessa solo una porzione inferiore del letto 4 definendo la zona di combustione 6 e, per diffusione termica, la zona 7 di gassificazione vera e propria, come sopra descritto. La parte liquida/gassosa 2†del materiale pirolizzato 2 proveniente dalla camera di pirolisi 10 scende anch’essa verso il basso attraversando il letto 4. Ciò à ̈ favorito, in particolare per la frazione gassosa ossia per i gas di pirolisi contenuti nella frazione 2†, dall’aspirazione che à ̈ realizzata in corrispondenza della luce di uscita 29. In tale attraversamento, la parte liquida/gassosa 2†subisce anch’essa una trasformazione nei componenti del gas combustibile 3 e in scoria. Ciò permette di rendere minima la presenza di catrame (tar) nel gas combustibile 3, alla cui origine, negli impianti convenzionali, sono i gas ed i liquidi di pirolisi, ossia la parte liquida/gassosa 2†del prodotto di pirolisi 2.

La luce di uscita 29 ha un collegamento pneumatico 36 con l’ingresso della camicia di scambio termico 14 della camera di pirolisi; e lungo tale collegamento pneumatico 36 sono disposti mezzi di separazione di eventuale solido trascinato dal gas combustibile 3, ad esempio nella forma di un separatore gravitazionale a ciclone 37.

Come mostrato in figura 2, dopo aver attraversato i mezzi di scambio termico 15 del reattore di pirolisi 10’, il gas combustibile 3 subisce un primo raffreddamento in un apparecchiatura di scambio termico 60, che à ̈ preferibilmente uno scambiatore a superficie in cui si utilizza acqua di raffreddamento proveniente ad esempio da un circuito provvisto di una torre di raffreddamento 61 e di mezzi di alimentazione di acqua di reintegro 9. Nella forma realizzativa dell’impianto di figura 2, il gas 3 subisce poi un secondo, rapido raffreddamento o quench in una apparecchiatura 70 a scambio diretto con acqua di raffreddamento, ad esempio un torre di quench, in cui avviene anche un lavaggio del gas combustibile 3. L’apparecchiatura di scambio diretto o a miscela 70 à ̈ anch’essa provvista di mezzi di alimentazione di acqua di reintegro 9’.

Successivamente, il gas combustibile può essere trattato in un filtro 71 ed avviato ad uno stoccaggio o a un’apparecchiatura utilizzatrice, non rappresentati, ad esempio un motore endotermico, una turbina a gas o una caldaia, per l’ottenimento di energia termica, meccanica o elettrica.

La frazione di liquido che condensa dal gas 3 trattato nello scambiatore a superficie 60 può contenere una frazione spessa 17 che può essere vantaggiosamente alimentata al reattore di gassificazione 20’; la frazione rimanente viene unita allo spurgo dei liquidi di lavaggio usati dallo scambiatore a miscela 70 vengono per formare una corrente reflua 9†che subisce convenzionali trattamenti di purificazione chimico-fisici. In particolare, può essere prevista un’unità di trattamento comprendente una vasca di neutralizzazione 81, una successiva vasca di flocculazionesedimentazione 82 ed una centrifuga 83 associata alla vasca 82, dalla quale si separano fanghi 16 vantaggiosamente riciclabili al reattore di pirolisi 10’. La frazione liquida 9†proveniente dal trattamento chimico-fisico può essere immessa in ambiente.

Nella forma realizzativa rappresentata nella figura 1, i mezzi di supporto 30 comprendono una porzione fissa 30’ ed una porzione mobile 30†, in particolare una porzione 30†girevole attorno ad un asse coincidente con l’asse 21 della camera di gassificazione 20. In alternativa al moto rotatorio, o in aggiunta ad esso, la porzione mobile 30†può essere atta a muoversi verticalmente, ad esempio in modo alternato. Ciò à ̈ utile, in particolare, nel caso di camere di gassificazione di potenzialità superiori a 500 KW.

Inoltre, sempre nella forma realizzativa rappresentata in figura 2, i mezzi di distribuzione 40 sono integrati nei mezzi di supporto 30, comprendendo una via di passaggio 41 del gas ossidante 5 all’interno della porzione mobile 30†dei mezzi di supporto 30, ed una pluralità di orifizi 42 che mettono in comunicazione la via di passaggio 41 con la camera di gassificazione 20, permettendo l’efflusso del gas ossidante 5 nel letto 4 di materiale pirolizzato in combustione 6 e gassificazione 7.

La parte mobile 30†dei mezzi di supporto comprende, in una forma realizzativa preferenziale, mostrata nelle figure 3 e 4, una griglia 30 realizzata con tubi toroidali concentrici 31 il cui diametro à ̈ scelto a seconda della taglia del camera di gassificazione 20 che si sviluppano secondo rispettivi piani sovrapposti, ed hanno diametro decrescente con la quota di tali piani sovrapposti rispetto al fondo della camera di gassificazione. I tubi 31 delimitano una porzione della via di passaggio 41, e sono sostenuti da una crociera realizzata con tubi 33 che scaricano il peso su un collettore 34, a sezione circolare. Lungo i tubi toroidali 31 sono disposti ugelli per la distribuzione del gas ossidante 5 all’interno della camera di gassificazione 20. Su tale collettore viene calettato il tubo di alimentazione 35 del gas ossidante 5 su cui, a sua volta à ̈ innestata una pala raschiatrice, non rappresentata che, con il movimento del tubo, accumula e spinge la scoria 8 in un condotto uscita 55 mediante un albero spiralato 56 che scarica all’esterno della camera di gassificazione 20. Sullo stesso tubo di alimentazione à ̈ calettata una ruota dentata per ricevere il moto di rotazione da un gruppo motoriduttore, non rappresentato. Il giunto 39 tra la parte fissa 35’ e la parte rotante 35†del tubo di alimentazione à ̈ realizzato con tenute idonee per l’ossigeno, ad esempio mediante accoppiamento a bicchiere, non rappresentato.

La parte fissa 30’ dei mezzi di supporto 30 à ̈ sostenuta da appositi pilastrini in refrattario (non mostrati) che poggiano sul fondo 25 della camera di gassificazione 20. Il fondo del reattore 25 à ̈ realizzato da due cilindri concentrici collegati tra loro mediante lamiere di pari spessore disposte a raggiera, su cui sono saldati tondini preferibilmente di acciaio refrattario AISI310, disposti in modo concentrico e tali da creare un’apertura non superiore a 2 centimetri.

La descrizione di cui sopra di una forma realizzativa specifica à ̈ in grado di mostrare l’invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma esecutiva specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma esecutiva esemplificata. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione. S’intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un apparato (100) per ottenere un gas combustibile (3) da una biomassa (1), in particolare da una biomassa di origine vegetale, comprendente:  una camera di pirolisi (10) avente una luce di ingresso (11) per detta biomassa (1) ed una luce di passaggio (19);  mezzi per alimentare detta biomassa (1) in detta camera di pirolisi (10) attraverso detta luce di ingresso (11), in particolare mezzi di alimentazione a vite;  mezzi (12) per movimentare detta biomassa (1) in detta camera di pirolisi (10) da detta luce di ingresso (11) a detta luce di passaggio (19);  mezzi (15) per somministrare calore a detta biomassa (1) in detta camera di pirolisi (10), in cui detti mezzi (15) per somministrare calore sono atti a cooperare con detti mezzi (12) per movimentare detta biomassa e per mantenere detta biomassa (1) ad una temperatura di pirolisi predeterminata per un tempo predeterminato, in modo che detta biomassa (1) esca da detta luce di passaggio (19) come materiale pirolizzato (2) comprendente una sostanza semisolida prevalentemente carboniosa ed una sostanza liquida e/o gassosa comprendente composti organici;  una camera di gassificazione (20) avente:  una porzione superiore comunicante con detta camera di pirolisi attraverso detta luce di passaggio (19), in modo che detto materiale pirolizzato (2) proveniente da detta camera di pirolisi (10) attraverso detta luce di passaggio (19) abbia un moto discendente all’interno di detta camera di gassificazione (20);  una porzione inferiore comprendente:  mezzi di supporto (30) di detto materiale pirolizzato, atti a sostenere un letto (4) formato da detto materiale pirolizzato (2) in caduta da detta luce di passaggio (19);  mezzi di distribuzione (40) di un flusso di un gas ossidante (5), in particolare aria e/o ossigeno e/o vapor d’acqua, detti mezzi di distribuzione (40) essendo atti a causare in detta porzione inferiore una combustione di detto letto (4) ad una temperatura di combustione predeterminata, ed una conseguente trasformazione di detto materiale pirolizzato (2) in detto gas combustibile (3), comprendente in particolare monossido di carbonio ed idrogeno;  una luce di uscita (29) per detto gas combustibile realizzata in detta porzione inferiore inferiormente rispetto a detti mezzi di distribuzione (40) di un flusso di gas e inferiormente a detti mezzi di supporto (30) in modo che detto gas, che si forma sopra i mezzi di supporto (30) per effetto di detto gas ossidante che attraversa detto letto (4), segua un percorso di arricchimento attraverso detto letto (4) per poi raggiungere detta luce di uscita (29).
2. 2. Un apparato (100) come da rivendicazione 1, in cui detti mezzi (15) per somministrare calore a detta biomassa (1) in detta camera di pirolisi (10) comprendono mezzi di scambio termico a superficie tra detta camera di pirolisi e detto gas combustibile (3), tale che detto gas combustibile (3) lambisca una faccia di detti mezzi di scambio termico ad una temperature prossima a detta temperatura di combustione portando/mantenendo in tal modo a detta temperatura di pirolisi detta biomassa (1) in movimento all’interno di detta camera di pirolisi (10) da una parte opposta di detti mezzi di scambio termico , in modo da fornire a detta biomassa (1) l’energia necessaria per il processo di pirolisi e a mantenere detta biomassa (1) a detta temperatura di pirolisi.
3. 3. Un apparato (100) come da rivendicazione 1, in cui detti mezzi di supporto (30) di detto materiale pirolizzato comprendono una porzione fissa (30’) ed una porzione mobile (30†) rispetto a detta porzione fissa (30’), detta porzione mobile (30†) essendo scelta tra:  una porzione girevole attorno ad un asse di detta camera di gassificazione (20);  una porzione traslante atta a muoversi verticalmente in modo alternato;  una combinazione di quanto sopra.
4. 4. Un apparato (100) come da rivendicazione 1, in cui detti mezzi di distribuzione (40) di un flusso di un gas ossidante comprendono una via di passaggio (41) di detto gas ossidante (5) all’interno di detta porzione mobile (30†) di detti mezzi di supporto (30) ed una pluralità di ugelli (32) per detto gas ossidante (42) disposti tra detta via di passaggio (41) ed una superficie esterna (38) di detta porzione mobile (30†) di detti mezzi di distribuzione (40).
5. 5. Un apparato (100) come da rivendicazione 4, in cui detti mezzi di supporto (30) di detto materiale pirolizzato comprendono una pluralità di corpi tubolari (31), in particolare detti corpi tubolari (31) avendo forma toroidale, detti corpi tubolari (31) delimitando una porzione di detta via di passaggio (41), detti corpi tubolari (31) sviluppandosi secondo rispettivi piani sovrapposti a diversi livelli.
6. 6. Un apparato (100) come da rivendicazione 1, in cui detti mezzi di supporto (30) sono atti a consentire la caduta di una scoria prodotta in detta camera di gassificazione (20) di detto materiale pirolizzato (2) in un vano di raccolta (25) di detta scoria al di sotto di detti mezzi di supporto (30), detto vano di raccolta (25) essendo associato a mezzi di tenuta idraulica preferibilmente costituiti da un bacino in uso allagato con acqua, e in cui sono previsti mezzi per estrarre detta scoria attraverso detto bacino.
7. 7. Un metodo per ottenere un gas combustibile (3) da una biomassa (1), in particolare da una biomassa (1) di origine vegetale, detto metodo prevedendo le fasi di:  predisposizione di una camera di pirolisi (10) avente una luce di ingresso (11) per detta biomassa (1) ed una luce di passaggio (19);  alimentazione di detta biomassa (1) in detta camera di pirolisi (10) attraverso detta luce di ingresso (11);  movimentazione di detta biomassa (1) in detta camera di pirolisi (10) tra detta luce di ingresso (11) e detta luce di passaggio (19);  somministrazione di calore a detta biomassa (1) in detta camera di pirolisi (10), in combinazione con detta movimentazione di detta biomassa (1), in modo che detta biomassa (1) rimanga ad una temperatura di pirolisi predeterminata per un tempo predeterminato e tale che detta biomassa (1) esca da detta luce di passaggio (19) nella forma di un materiale pirolizzato (2) comprendente una sostanza semisolida prevalentemente carboniosa ed una sostanza liquida e/o gassosa comprendente composti organici;  predisposizione di una camera di gassificazione (20) avente una porzione superiore comunicante con detta camera di pirolisi (10) attraverso detta luce di passaggio (19), e una porzione inferiore;  alimentazione attraverso detta luce di passaggio (19) di detto materiale pirolizzato (2) proveniente da detta camera di pirolisi (10) in modo che detto materiale pirolizzato (2) proveniente da detta camera di pirolisi (10) attraverso detta luce di passaggio (19) abbia un moto discendente all’interno di detta camera di gassificazione (20);  sostegno di detto materiale pirolizzato (2) in caduta da detta luce di passaggio (19), in modo da formare un letto (4) di detto materiale pirolizzato;  distribuzione di un flusso di un gas ossidante (5), in particolare aria e/o ossigeno e/o vapor d’acqua, in modo da causare in detta porzione inferiore una combustione di detto letto (4) ad una temperatura di combustione predeterminata e da causare una conseguente trasformazione di detto materiale pirolizzato (2) in detto gas combustibile (3), comprendente in particolare monossido di carbonio ed idrogeno;  predisposizione di una luce di uscita (29) per detto gas combustibile in detta porzione inferiore inferiormente a detti mezzi di distribuzione (40) di un flusso di gas e inferiormente a detto letto (4) in modo che il gas che si forma sopra detti mezzi di supporto (30) per effetto di detto gas ossidante (5) che attraversa detto letto (4) segua un percorso di arricchimento attraverso detto letto (4) per poi raggiungere detta luce di uscita (29).
8. 8. Un metodo come da rivendicazione 7, in cui detta temperatura di pirolisi à ̈ compresa tra 200°C e 500°C, in particolare detta temperatura di pirolisi à ̈ prossima a 400°C, e detta temperatura di combustione à ̈ compresa tra 700°C e 900°C, in particolare detta temperatura di combustione à ̈ prossima a 800°C.
9. 9. Un metodo come da rivendicazione 7, in cui detta fase di somministrazione di calore a detta biomassa (1) in detta camera di pirolisi (10) comprende una fase di recupero di calore da detto gas combustibile (3) in modo che il gas combustibile (3) ceda a detta biomassa (1) in detta camera di pirolisi (10) almeno una quota di un energia necessaria per detta pirolisi.
10. 10. Un metodo come da rivendicazione 7, in cuià ̈ prevista una fase di separazione di particelle solide da detto gas combustibile (3) prima di detta fase di recupero di calore.