ITTO20120760A1 - Procedimento ed impianto per lo smaltimento di rifiuti di origine algale - Google Patents

Description

Descrizione dell’Invenzione Industriale dal titolo:

“Procedimento ed impianto per lo smaltimento di rifiuti di origine aigaie”,

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Campo deirinvenzione

La presente invenzione si riferisce al tema dello smaltimento di rifiuti di origine aigaie, quali residui di piante acquatiche e alghe che - tipicamente in occasioni di mareggiate - raggiungono le coste e si accumulano in corrispondenza di spiagge e porti.

Stato della tecnica

Una pianta acquatica molto diffusa nel Mare Mediterraneo è la Posidonia Oceanica, una fanerogama marina che vive sul fondo marino ad una profondità variabile da pochi centimetri fino a circa 40 metri. Come tutte le piante, la Posidonia oceanica perde le proprie foglie (tipicamente in autunno-inverno o a seguito di forti mareggiate), che si raccolgono in mare e vengono poi trasportate dalle mareggiate in prossimità della linea di riva prima, rallentando il moto ondoso, per poi eventualmente depositarsi sulle spiagge e/o accumularsi in zone portuali. All’inizio gli accumuli constano essenzialmente di foglie morte intatte, ma l’azione del vento e della massa d’acqua ne provoca il rimescolamento con particelle di sabbia e ne favorisce la degradazione meccanica. Dopo il deposito sulle spiagge, la perdita di umidità delle foglie a causa dell’insolazione e la decomposizione ad opera della fauna di spiaggia ne promuovono la degradazione. In caso di accumuli in acqua in corrispondenza dei porti, le foglie morte debbono essere comunque raccolte e poi evacuate, preferibilmente dopo una loro essiccazione naturale in loco.

Dal punto di vista ecologico, gli accumuli delle foglie morte sulle spiagge possono essere mantenuti in loco, in modo da non sconvolgere il naturale ciclo biologico della pianta. In tal modo risulta anche possibile beneficiare sia della funzione antierosiva e di stabilizzazione della linea di riva operata dagli accumuli di foglie, sia di una vegetazione dunale rigogliosa, grazie all’abbondanza di nutrienti provenienti dalla decomposizione delle foglie stesse. Tuttavia, in zone soggette a frequentazione balneare occorre rimuovere gli accumuli di foglie morte e trattarli sostanzialmente come rifiuti urbani, e quindi con rimessa in discarica, con i costi che ne conseguono.

In taluni casi il materiale vegetale, ripulito dai rifiuti, viene sotterrato sotto la sabbia, oppure movimentato lontano dalla battigia, in aree più appartate degli arenili: tali soluzioni di compromesso si dimostrano tuttavia poco soddisfacenti e non conformi alla legislazione vigente.

Sommario dell’invenzione

In vista di quanto sopra esposto, la presente invenzione si propone essenzialmente di indicare un procedimento ed un impianto che consentano di ottenere uno smaltimento efficiente di residui spiaggiati di piante marine e alghe, dove in particolare tali residui vengano a costituire una risorsa energetica, anziché essere trattati come un mero rifiuto urbano.

Tale scopo è raggiunto, secondo la presente invenzione, da un procedimento ed un impianto aventi le caratteristiche indicate nelle rivendicazioni allegate. Le rivendicazioni costituiscono parte integrante dell’insegnamento tecnico qui fornito in relazione all’invenzione.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori scopi, caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue, effettuata con riferimento ai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio esplicativo e non limitativo, nei quali:

- la figura 1 è un diagramma di flusso volto a rappresentare i passi di un possibile procedimento secondo l’invenzione; e

- la figura 2 è uno schema a blocchi di un possibile impianto per Timplementazione del procedimento secondo l’invenzione.

Descrizione di forme di attuazione preferite dell’invenzione

Il riferimento ad “una forma di attuazione ” all’interno di questa descrizione sta ad indicare che una particolare configurazione, struttura, o caratteristica descritta in relazione alla forma di attuazione è compresa in almeno una forma di attuazione. Quindi, i termini “ una forma di attuazione ” e simili, presenti in diverse parti all’intemo di questa descrizione, non sono necessariamente tutti riferiti alla stessa forma di attuazione. Inoltre, le particolari configurazioni, strutture o caratteristiche possono essere combinate in ogni modo adeguato in una o più forme di attuazione. I riferimenti utilizzati nel seguito sono soltanto per comodità e non definiscono l’ambito di tutela o la portata delle forme di attuazione.

Nell’ambito della presente descrizione, il termine generico “ biomassa ” identifica qualsiasi sostanza di matrice organica, vegetale o animale destinata a fini energetici. Nel termine più specifico “ biomassa algaie ” si intendono ricompresi residui di alghe e piante acquatiche, quali appunto le foglie morte spiaggiate di Posidonia Oceanica.

L’idea alla base della presente invenzione è quello di impiegare una biomassa aigaie ai fini della generazione di energia, e particolarmente sia di energia elettrica che di energia termica.

A tale scopo, in accordo all’invenzione, la biomassa aigaie viene utilizzata per alimentare un processo di pirogassificazione, ai fini dell’ottenimento di un gas combustibile di sintesi o syngas che, opportunamente trattato, può essere impiegato per alimentare uno o più motori endotermici atti alla produzione di energia elettrica. Una biomassa aigaie del tipo indicato, tuttavia, non è di per sé utilizzabile in un processo di pirogassificazione, vuoi per il suo contenuto di residui di umidità, sabbia e sale, vuoi perché essa non è idonea ad innescare il processo di ottenimento del syngas. Per tale motivo, in accordo all’invenzione, la biomassa aigaie viene mescolata con almeno una biomassa complementare. La miscela risultante, preferibilmente dopo una fase di essiccazione, viene sottoposta a compattazione, onde ottenere dei bricchetti che alimentano il processo di pirogassificazione.

In una forma di attuazione preferita dell’invenzione, la biomassa complementare è una biomassa di tipo “marginale”, ossia di tipo eterogeneo residuale da cicli produttivi agricoli, agroindustriali o agroforestali. In tale ambito, biomasse preferite sono le biomasse ligno-cellulosiche, ed in particolare il cippato, ovverosia legno ridotto in scaglie, prodotto attraverso una cippatrice a partire da tronchi, residui di potatura, residui di lavorazioni agricole e forestali o di lavorazioni del legno. L’impiego preferito del cippato è dovuto all’elevato contenuto energetico di tale tipo di biomassa (generalmente superiore a 4.000 kCal/kg). Non sono comunque esclusi dall’ambito dell’invenzione altre biomasse, quali ad esempio residui agricoli tipo quali paglie e stocchi). Di preferenza, il legno di partenza proviene da piante non resinose, onde evitare che residui di resina naturale nel legno possano innescare un processo di combustione nel corso della pirolisi.

La pirogassificazione è un processo, in sé noto, di gassificazione di biomasse, il cui prodotto finale principale è un gas di sintesi, noto come syngas. Tale processo, ed i mezzi per realizzarlo, sono di per sé noti e non verranno pertanto quindi descritti in dettaglio.

Qui basti rammentare che la pirogassificazione consiste essenzialmente in una doppia reazione di scissione termochimica, divisa in due stadi realizzati in due reattori tra loro successivi (reattore di pirolisi e reattore di gassificazione), appartenenti ad un medesimo impianto (pirogassificatore).

Il primo stadio è rappresentato dalla pirolisi, che consiste in un processo di decomposizione fisica e chimica della biomassa, ottenuta mediante il riscaldamento della biomassa stessa (indicativamente da 300 fino a 600 °C, ) in un ambiente privo di ossigeno (o con una quantità di ossigeno al di sotto del rapporto stechiometrico). Tale decomposizione scinde il materiale in due stati: una fase gassosa, costituita da una miscela di gas condensabili e incondensabili e da composti liquidi, ed una fase solida, costituita da carbone.

Il secondo stadio è la gassificazione. Il carbone ottenuto dalla pirolisi viene parzialmente combusto con ossigeno e/o aria atmosferica e i gas di pirolisi, addizionati con vapore, subiscono un processo di reforming (rottura di molecole superiori in molecole più semplici alTinterno del gas di pirolisi). La temperatura alTintemo del reattore di gassificazione è indicativamente mantenuta a 1.000-1.100 °C, regolando Timmissione di ossigeno. Utilizzando ossigeno e acqua si ottiene il gas di sintesi o syngas. Il syngas così prodotto viene raffreddato, utilizzando come mezzo refrigerante acqua poi condensata e rimessa in circolazione, purificato e filtrato (ad esempio lavato tramite un impianto di tipo Scrubber ed un filtro a carboni attivi) per poi essere stoccato e/o utilizzato, ad esempio in un cogeneratore per produrre energia elettrica e termica.

Nel seguito è descritta una possibile implementazione dell’ invenzione, con riferimento alle figure, che rappresentano in forma schematica una possibile sequenza dei passi del procedimento (figura 1) e di relative unità operative che realizzano tali passi (figura 2).

La biomassa aigaie e la biomassa complementare vengono stoccate temporaneamente in rispettive aree dedicate, ad esempio costituite da capannoni o tettoie (blocchi 1 e 2 di figura 2). Il trasporto di tali biomasse all’impianto avviene con modalità di per sé note, ad esempio mediante macchinario di tipo agricolo (trattrice agricola con rimorchio, o camion dotati di cassoni snodabili/ribaltabili). Nel seguito si assuma che la biomassa complementare sia costituita da cippato.

La biomassa aigaie viene poi alimentata ad una stazione di lavaggio a ricircolo d’acqua. Una tale stazione (blocco 3 di figura 2) può comprendere una vasca nella quale la biomassa stessa viene dapprima riversata ed agitata - ad esempio tramite agitatori rotativi - per rimuoverne sale, sabbia ed eventuali altri residui superficiali. La biomassa può poi essere caricata, con modalità in sé note, su di un idoneo trasportare, lungo il quale la biomassa stessa viene risciacquata tramite getti di acqua.

L’acqua impiegata nella stazione di lavaggio è di preferenza depurata per la sua re-immissione in circolo. A tale scopo, alla stazione di lavaggio può essere operativamente associato un sistema di filtrazione, comprendente ad esempio filtri a sacco e/o filtri a membrana. Anche l’eventuale acqua in esubero dal lavaggio della biomassa aigaie viene di preferenza depurata, prima del suo scarico dall’impianto(blocco 4 di figura 2), ad esempio in un alveo superficiale.

La biomassa aigaie in uscita dalla stazione di lavaggio viene addotta, tramite un trasportatore, ad una stazione di triturazione (blocco 5 di figura 2), di realizzazione in sé nota. A tale stazione di triturazione viene preferibilmente anche addotta la biomassa complementare, tramite idoneo trasportatore, per quanto nulla vieti in linea di principio che la biomassa aigaie e la biomassa complementare vengano triturate in stazioni differenti. Nella stazione di triturazione le due biomasse vengono quindi triturate, onde renderne omogenea la pezzatura, che è preferibilmente compresa tra 30 e 50 mm. Tale omogeneità di pezzatura risulta vantaggiosa sia ai fini dei successivi caricamenti e movimentazione delle biomasse miscelate (riduzione del rischio di inceppamenti), sia ai fini di una successiva compattazione finalizzata all’ ottenimento di bricchetti.

Di preferenza le due biomasse vengono triturate assieme in una medesima stazione, con un rapporto in peso sostanzialmente pari a 1:1, ovvero con una massa sottoposta a triturazione costituita per circa il 50% da biomassa aigaie e per il 50% da biomassa complementare.

Le biomasse triturate in uscita dalla stazione (o dalle stazioni) di triturazione vengono quindi addotte ad una stazione di essiccazione (blocco 6 di figura 2), anch’essa di concezione di per sé nota, nella quale le biomasse stesse vengono essiccate ad un contenuto di umidità indicativamente non superiore al 20%, preferibilmente non superiore al 15%. L’essicazione avviene di preferenza impiegando aria calda, ottenuta dal recupero di parte del calore del gas prodotto nel processo di gassificazione, dopo averne ceduto una quota al reattore di pirolisi; a tale scopo può essere recuperato anche calore dall’ impianto di cogenerazione, in seguito descritto. Nel caso in cui le due biomasse vengano triturate in stazioni differenti, la successiva deumidificazione può avvenire in stazioni di essiccazione differenti o in una medesima stazione.

Le biomasse essiccate vengono quindi addotte ad una stazione di mescolamento (blocco 7 di figura 2), anch’essa realizzabile secondo tecnica in sé nota, nella quale le biomasse stesse vengono agitate al fine di realizzarne una miscela omogenea. La massa che alimenta la stazione di mescolamento comprende preferibilmente circa il 30% di biomassa aigaie e circa il 70% di biomassa complementare, indipendentemente dal fatto che le due biomasse siano state triturare e/o essiccate in modo congiunto o meno.

Dopo l’essiccazione, la miscela delle due biomasse alimenta una stazione di bricchettatura (blocco 8 di figura 2), comprendente una bricchettatrice o simile pressa -preferibilmente idraulica - idonea alla realizzazione a caldo di bricchetti, di sezione tonda o squadrata. Preferibilmente la fase di bricchettatura viene effettuata senza l’aggiunta di leganti o additivi, sfruttando semplicemente la forza ed il calore che si sviluppa nel corso del processo.

Tramite la fase di bricchettatura la miscela delle due biomasse viene fortemente compressa e compattata, ottenendo una notevole riduzione del volume dei materiali (indicativamente sino al 90%, con densità inferiore all’ 1%). La miscela può essere alimentata alla pressa da bricchettatura attraverso un imbuto o tramoggia, per poi venire trasportata - ad esempio tramite agitatori, coclee e precompattatori - fino ad un cilindro di pressatura vero e proprio. Da questa posizione, tramite il riempimento del volume del cilindro e la successiva compattazione si ottengono i bricchetti delle lunghezze desiderate. Nel cilindro di pressatura la miscela, per attrito e compressione dell’ aria trasportata, raggiunge durante la fase di estrusione una temperatura elevata (anche superiore ai 130°C), così garantendo un’ulteriore essiccazione e l’eliminazione di germi e batteri. In seguito, i bricchetti alimentano il pirogassificatore (blocco 9 di figura 2).

Atteso che il processo di pirolisi deve avvenire in sostanziale assenza di ossigeno, i bricchetti vengono prelevati con un sistema di trasporto, di qualunque concezione nota, eventualmente atto a preriscaldare i bricchetti stessi sino a una temperatura di circa 50°C. I bricchetti così trasportati vengono scaricati in una tramoggia di accumulo che funge da polmone di alimentazione. Dalla tramoggia, per mezzo di un sistema di spinta a pistone (ad esempio un sistema oleodinamico a funzionamento discontinuo), i bricchetti vengono spinti sequenzialmente nel reattore di pirolisi.

L’alimentazione tramite bricchetti ha l’importante vantaggio di ridurre il rischio di ingresso di aria nel reattore; di fatto, i bricchetti vengono spinti sequenzialmente nell’ingresso del pirogassificatore tramite il suddetto sistema a pistone, costituendo di volta in volta un “tappo” che si oppone all’entrata di aria nel reattore stesso. La forte compattazione dei bricchetti ha poi l’ulteriore vantaggio che, all’interno del pirogassificatore, i bricchetti stessi non hanno la tendenza a sfaldarsi o comunque a generare polveri che potrebbero “soffocare” il processo di pirolisi. I bricchetti, inoltre, sono inodori ed igienizzati, non rilasciano percolati, eluati e biogas, sono stabili e non dilavabili, e con ciò sono facilmente movimentabili ed eventualmente stoccabili anche all’aperto.

La pirogassificazione viene effettuata con modalità di per sé note, come già in precedenza evidenziato. Di preferenza, tuttavia, la fase di pirolisi è di tipo veloce, con un riscaldamento a temperature comprese tra circa 400 °C e circa 500 °C. Come detto, in ambiente privo di ossigeno (o con una quantità di ossigeno al di sotto del rapporto stechiometrico), la miscela costituente i bricchetti si scinde in una fase gassosa (essenzialmente gas condensabili e non condensabili) ed una fase solida (carbone/cenere). Nella successiva fase di gassificazione-riduzione il carbone/cenere -in presenza di ossigeno (ossigeno in rapporto stechiometrico equivalente) e di vapore -ed i gas di pirolisi subiscono un processo di reforming. Durante la fase di gassificazione la temperatura viene di preferenza mantenuta inferiore ai 950 °C (regolando la quantità di aria immessa).

Le sostanze di rifiuto prodotte dal pirogassificatore sono limitate alle ceneri residue dal processo di pirogassificazione, in quantità pari a circa Γ8% dei bricchetti pirogassificati. Tali ceneri possono essere raccolte in apposito spazio (blocco 10 di figura 2) e poi essere utilizzate ad esempio come ammendanti in floricoltura o nella preparazione di mescole cementizie.

Il syngas ottenuto dalla pirogassificazione viene quindi sottoposto a lavaggio e filtrazione, in una idonea stazione (blocco 11 di figura 2), ad esempio in un impianto di tipo Scrubber, a ricircolo dell’acqua di trattamento, e con filtro a carboni attivi. In tal modo, il syngas viene reso idoneo al buon funzionamento del successivo cogeneratore (blocco 12 di figura 2). Il dopo il suo trattamento, il syngas alimenta un cogeneratore (blocco 12 di figura 2), ad esempio un cogeneratore a motore endotermico per la produzione di energia elettrica e di energia termica. Parte dell’energia elettrica prodotta dal cogeneratore può essere impiegata per alimentare una o più stazioni dell’impianto, e la restante parte ceduta ad una rete di distribuzione (blocco 13 di figura 2).

E chiaro che numerose varianti sono possibili per la persona esperta del settore al procedimento ed all’impianto descritti come esempio, senza per questo uscire dall’ambito dell'invenzione così come definita dalle rivendicazioni allegate.

Come precedentemente spiegato, nella forma di attuazione preferita dell’invenzione, la biomassa che complementa la biomassa aigaie è costituita da cippato. E’ tuttavia chiaro che, in possibili implementazioni alternative, la biomassa complementare o le biomasse complementari potrebbero essere di altra natura, selezionate tra quelle idonee all’impiego in un pirogassificatore, quale ad esempio residui di lavorazioni agricole diversi dal cippato (paglie, stocchi, eccetera). Di preferenza, le biomassa complementari utilizzabili saranno biomasse aventi un contenuto energetico non inferiore a circa 2.500 kCal/kg.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un procedimento di smaltimento di rifiuti di origine aigaie, comprendente i passi di: a) provvedere una biomassa aigaie, costituita dai rifiuti di origine aigaie; b) provvede una biomassa complementare; c) miscelare la biomassa aigaie e la biomassa complementare per ottenere una miscela sostanzialmente omogenea; d) sottoporre a compattazione la miscela per ottenerne dei bricchetti; e) alimentare con i bricchetti un pirogassificatore per ottenere un gas di sintesi o syngas; e f) sottoporre il gas di sintesi a purificazione e/o filtrazione, prima del suo stoccaggio e/o del suo utilizzo.
2. 2. Il procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il gas di sintesi purificato e/o filtrato alimenta almeno un motore endotermico di un generatore di energia elettrica e di energia termica.
3. 3. Il procedimento secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui prima del passo c) la biomassa aigaie viene sottoposta a lavaggio, per l’eliminazione di residui sabbiosi e/o salini.
4. 4. Il procedimento secondo la rivendicazione 3, in cui prima del passo c) la biomassa aigaie e la biomassa complementare vengono sottoposte ad almeno una tra una triturazione ed una essiccazione.
5. 5. Il procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la biomassa aigaie è a base di, o è prevalentemente costituita da, Posidonia Oceanica.
6. 6. Il procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la biomassa complementare è una biomassa ligno-cellulosica, preferibilmente una biomassa a base di, o prevalentemente costituita da, cippato.
7. 7. Un impianto di smaltimento di rifiuti di origine aigaie, per l’implementazione del procedimento secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 6, comprendente: - mezzi per miscelare la biomassa aigaie e la biomassa complementare, onde formare una miscela sostanzialmente omogenea; - mezzi per compattare la miscela e formarne bricchetti; - un pirogassifìcatore; - mezzi per alimentare i bricchetti al pirogassifìcatore; - mezzi per purificare e/o filtrare il gas di sintesi ottenuto dal pirogassifìcatore.
8. 8. L’impianto secondo la rivendicazione 7, comprendente inoltre almeno un cogeneratore a motore endotermico alimentato con il gas di sintesi purificato e/o filtrato.
9. 9. L’impianto secondo la rivendicazione 7 o la rivendicazione 8, comprendente, a monte dei mezzi per compattare la miscela e formarne bricchetti, almeno uno tra mezzi per triturare la biomassa aigaie e la biomassa complementare e mezzi per essiccare la biomassa aigaie e la biomassa complementare.
10. 10. L’impianto secondo la rivendicazione 9, comprendente mezzi il lavaggio della biomassa aigaie a monte dei mezzi per essiccare la biomassa aigaie e la biomassa complementare.