IT201600124645A1 - FILTER FOR THE SEPARATION OF A PARTICULAR SUBSTANCE, IN PARTICULAR CARBONIAL PARTICULAR, BY A SYNTHESIS GAS - Google Patents
FILTER FOR THE SEPARATION OF A PARTICULAR SUBSTANCE, IN PARTICULAR CARBONIAL PARTICULAR, BY A SYNTHESIS GASInfo
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Description
“FILTRO PER LA SEPARAZIONE DI UNA SOSTANZA PARTICELLARE, IN PARTICOLARE PARTICOLATO CARBONIOSO, DA UN GAS DI SINTESI” "FILTER FOR THE SEPARATION OF A PARTICLE SUBSTANCE, IN PARTICULAR CARBON PARTICULATE, FROM A SYNTHESIS GAS"
La presente invenzione è relativa a un filtro per la separazione di una sostanza particellare, in particolare particolato carbonioso, da un gas di sintesi. The present invention relates to a filter for the separation of a particulate substance, in particular carbonaceous particulate, from a synthesis gas.
Sono noti, ad esempio dalla domanda TO2013A000332, impianti per trasformare materiale a base organica, ad esempio biomassa vegetale, in un gas di sintesi, ossia in una miscela di gas destinata ad essere ossidato per ottenere calore e/o energia meccanica. Il gas di sintesi comprende essenzialmente monossido di carbonio, idrogeno, metano e anidride carbonica. Plants are known, for example from application TO2013A000332, for transforming organic-based material, for example vegetable biomass, into a synthesis gas, that is, into a gas mixture intended to be oxidized to obtain heat and / or mechanical energy. Synthesis gas essentially comprises carbon monoxide, hydrogen, methane and carbon dioxide.
In maggiore dettaglio, sono noti impianti comprendenti un reattore attraversato dall’aria e del materiale a base organica in senso discendente, ossia dall’alto verso il basso, e all’interno del quale hanno luogo le reazioni chimiche che trasformano il materiale a base organica in gas di sintesi. In greater detail, plants are known comprising a reactor crossed by the air and the organic-based material in a descending direction, i.e. from top to bottom, and within which the chemical reactions that transform the organic-based material take place. in synthesis gas.
L’impianto comprende essenzialmente: The plant essentially includes:
- una tramoggia di alimentazione del materiale a base organica; - a feed hopper for the organic-based material;
- un’uscita attraversabile dal gas di sintesi e fluidicamente collegata all’utenza; - an outlet that can be crossed by the synthesis gas and fluidically connected to the user;
- un involucro alloggiante la tramoggia; e - a casing housing the hopper; And
- il reattore, il quale è alloggiato all’interno dell’involucro, alimentato dalla tramoggia con aria e materiale a base organica, e all’interno del quale il materiale a base organica viene trasformata in gas di sintesi. - the reactor, which is housed inside the casing, fed from the hopper with air and organic-based material, and inside which the organic-based material is transformed into synthesis gas.
Procedendo dall’alto verso il basso, il reattore della suddetta tipologia di impianti comprende: Proceeding from top to bottom, the reactor of the aforementioned type of plant includes:
- un primo strato, in cui il materiale a base organica viene essiccato e incendiato, così da subire una parziale carbonizzazione; - a first layer, in which the organic-based material is dried and ignited, so as to undergo partial carbonization;
- un secondo strato, in cui il materiale a base organica subisce un processo di pirolisi in mancanza di comburente, ossia in mancanza di aria; e - a second layer, in which the organic-based material undergoes a pyrolysis process in the absence of comburent, ie in the absence of air; And
- un terzo strato, in cui il calore generato dalla pirolisi viene utilizzato per dissociare completamente il materiale a base organica e generare il gas di sintesi. - a third layer, in which the heat generated by pyrolysis is used to completely dissociate the organic-based material and generate the synthesis gas.
E’ noto nel settore che il gas di sintesi in uscita dal reattore non può essere immediatamente utilizzato da un motore a combustione interna, in quanto contiene sostanze particellari inutili o addirittura potenziali dannosi per l’utenza finale, quali ad esempio particolato carbonioso. It is known in the sector that the synthesis gas leaving the reactor cannot be immediately used by an internal combustion engine, as it contains useless particulate substances or even potentially harmful to the end user, such as carbonaceous particulate matter.
E’ avvertita nel settore l’esigenza di rimuovere tali sostanze particellari dal gas di sintesi, in modo da renderlo utilizzabile al motore a combustione interna. The need is felt in the sector to remove these particulate substances from the synthesis gas, in order to make it usable for the internal combustion engine.
Scopo della presente invenzione è la realizzazione di un filtro per la separazione di una sostanza particellare, in particolare particolato carbonioso, da un gas di sintesi in grado di soddisfare tale esigenza in modo semplice ed economico. The object of the present invention is to provide a filter for the separation of a particulate substance, in particular carbonaceous particulate, from a synthesis gas capable of satisfying this requirement in a simple and economical way.
Il suddetto scopo è raggiunto dalla presente invenzione, in quanto essa è relativa a un filtro per la separazione di una sostanza particellare, in particolare particolato carbonioso, da un gas di sintesi. The aforesaid object is achieved by the present invention, since it relates to a filter for the separation of a particulate substance, in particular carbonaceous particulate, from a synthesis gas.
Per una migliore comprensione della presente invenzione viene descritta nel seguito una preferita forma di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento alle figure allegate, nelle quali: For a better understanding of the present invention, a preferred embodiment is described below, purely by way of non-limiting example and with reference to the attached figures, in which:
- la figura 1 illustra, in parte schematicamente, un’unità per la generazione di potenza meccanica alimentabile con gas di sintesi, comprendente un filtro secondo i dettami della presente invenzione; - Figure 1 illustrates, in part schematically, a unit for the generation of mechanical power that can be fed with synthesis gas, comprising a filter according to the dictates of the present invention;
- la figura 2 illustra, in vista prospettica, un filtro per la separazione di una sostanza particellare, realizzato secondo i dettami della presente invenzione; Figure 2 is a perspective view of a filter for the separation of a particulate substance, made according to the dictates of the present invention;
- la figura 3 illustra in vista frontale il filtro di figura 2, con parti asportate per chiarezza; Figure 3 is a front view of the filter of Figure 2, with parts removed for clarity;
- la figura 4 illustra in vista frontale il filtro delle figure 2 e 3, con parti asportate per chiarezza; Figure 4 is a front view of the filter of Figures 2 and 3, with parts removed for clarity;
- la figura 5 illustra in vista dall’alto il filtro delle figure da 2 a 4, con parti asportate per chiarezza; e - la Figura 6 è una vista prospettica in scala fortemente ingrandita di alcuni particolari del filtro delle Figure da 1 a 5, con parti asportate per chiarezza. - Figure 5 illustrates in top view the filter of Figures 2 to 4, with parts removed for clarity; and - Figure 6 is a perspective view on a greatly enlarged scale of some details of the filter of Figures 1 to 5, with parts removed for clarity.
Con riferimento alle figure allegate, è indicata con 100 un’unità di generazione di potenza meccanica a partire da un gas di sintesi. With reference to the attached figures, 100 indicates a unit for generating mechanical power starting from a synthesis gas.
L’unità 100 comprende essenzialmente: Unit 100 essentially includes:
- un impianto 1 di trasformazione di un materiale a base organica in un gas di sintesi; - a plant 1 for the transformation of an organic-based material into a synthesis gas;
- un ciclone 101 e uno scrubber 102 (solo schematicamente illustrati in figura 1), i quali sono alimentati dall’impianto 1 con il gas di sintesi e sono atti a effettuare una prima separazione della sostanza particellare dal gas di sintesi; - a cyclone 101 and a scrubber 102 (only schematically illustrated in figure 1), which are fed by the plant 1 with the synthesis gas and are able to carry out a first separation of the particulate matter from the synthesis gas;
- un filtro 103 (illustrato in maggiore dettaglio nelle figure da 2 a 6) e alimentato dallo scrubber 102; - a filter 103 (illustrated in greater detail in Figures 2 to 6) and fed by the scrubber 102;
- un gruppo di raffreddamento 104 (solo schematicamente illustrato in figura 1) e alimentato dal filtro 103 con il gas di sintesi; e - a cooling unit 104 (only schematically illustrated in Figure 1) and fed by the filter 103 with the synthesis gas; And
- un motore a combustione interna 105 (solo schematicamente illustrato in figura 1), il quale è alimentato dal gruppo di raffreddamento 104 con il gas di sintesi filtrato e raffreddato. - an internal combustion engine 105 (only schematically illustrated in Figure 1), which is fed by the cooling unit 104 with the filtered and cooled synthesis gas.
Nella fattispecie illustrata, il materiale a base organica è biomassa vegetale. In alternativa, il materiale a base organica potrebbe essere formato da prodotti agricoli derivanti dalla coltivazione intensiva tradizionale, opportunamente trinciati, oppure con residui di spremitura di olive e vinacce esauste, pula e/o lulla di riso, grani, granoturco e cereali in genere. In the case illustrated, the organic-based material is plant biomass. Alternatively, the organic-based material could be made up of agricultural products deriving from traditional intensive cultivation, suitably chopped, or with squeezing residues of exhausted olives and pomace, husk and / or lulla of rice, grains, maize and cereals in general.
Il gas di sintesi è una miscela di gas destinata ad essere ossidato per ottenere calore e/o energia meccanica all’interno di un utenza (non illustrata), ad esempio un motore a combustione interna, posta a valle dell’impianto 1. Il gas di sintesi comprende essenzialmente azoto monossido di carbonio, idrogeno, metano e anidride carbonica. The synthesis gas is a gas mixture intended to be oxidized to obtain heat and / or mechanical energy within a user (not shown), for example an internal combustion engine, located downstream of plant 1. The gas synthesis essentially includes nitrogen, carbon monoxide, hydrogen, methane and carbon dioxide.
L’impianto 1 comprende essenzialmente: Plant 1 essentially includes:
- una tramoggia 2 di alimentazione del materiale a base organica; - a hopper 2 for feeding the organic-based material;
- un’uscita 3 attraversabile dal gas di sintesi e fluidicamente collegata all’utenza; - an outlet 3 that can be crossed by the synthesis gas and fluidically connected to the user;
- un involucro 4 alloggiante la tramoggia 2; e - a casing 4 housing the hopper 2; And
- un reattore 5 alloggiato all’interno dell’involucro 4, alimentato dalla tramoggia 2 con aria e materiale a base organica, e all’interno del quale il materiale a base organica viene trasformata in gas di sintesi. - a reactor 5 housed inside the casing 4, fed by the hopper 2 with air and organic-based material, and inside which the organic-based material is transformed into synthesis gas.
In particolare, la tramoggia 2 comprende uno scivolo ed è motorizzata da un motore 17 per facilitare la discesa del materiale a base organica e distribuire lo stesso uniformemente all’interno del reattore 5. In particular, the hopper 2 includes a chute and is motorized by a motor 17 to facilitate the descent of the organic-based material and distribute the same uniformly inside the reactor 5.
L’involucro 4 ha conformazione sostanzialmente tubolare di asse A ed è delimitato da una coppia di pareti 12, 13 cilindriche e disposte rispettivamente in posizione radialmente interna ed esterna rispetto all’asse A. The envelope 4 has a substantially tubular conformation of axis A and is delimited by a pair of cylindrical walls 12, 13 and arranged respectively in a radially internal and external position with respect to axis A.
Preferibilmente, l’involucro 4 alloggia un sensore laser che rileva il livello di materiale a base organica raggiunto all’interno del reattore 5, e consente o impedisce il caricamento del materiale a base organica all’interno della tramoggia 2 sulla base di tale livello. Preferably, the casing 4 houses a laser sensor that detects the level of organic-based material reached inside the reactor 5, and allows or prevents the loading of the organic-based material inside the hopper 2 on the basis of this level.
L’involucro 4 comprende, inoltre, una parete 14 di forma tronco-conica e realizzata in materiale ceramico. The envelope 4 also comprises a truncated-cone-shaped wall 14 made of ceramic material.
Il reattore 5 è alloggiato in modo sostanzialmente coassiale all’interno dell’involucro 4. The reactor 5 is housed in a substantially coaxial way inside the casing 4.
Il reattore 5 presenta forma tubolare e si estende lungo un asse A, verticale nella fattispecie illustrata. The reactor 5 has a tubular shape and extends along an axis A, vertical in the case illustrated.
Il reattore 5 comprende, inoltre, una sezione di uscita 7 del gas di sintesi dal reattore 5 stesso. The reactor 5 also comprises an outlet section 7 of the synthesis gas from the reactor 5 itself.
La sezione 7 è, inoltre, disposta ad una quota inferiore della tramoggia 2 e superiore alla parete 14. The section 7 is also arranged at a lower level than the hopper 2 and higher than the wall 14.
Più in particolare, la sezione 7 del reattore 5 è disposta ad una quota inferiore della tramoggia 2. More specifically, the section 7 of the reactor 5 is arranged at a lower level than the hopper 2.
In tal modo, il materiale a base organica procede all’interno del reattore 5 dall’alto verso il basso, secondo una modalità nota nel settore come “down-draft”. In this way, the organic-based material proceeds inside the reactor 5 from top to bottom, according to a method known in the industry as "down-draft".
A tal scopo, l’impianto 1 comprende un ventilatore (non illustrato), il quale mantiene il reattore 5 in depressione. For this purpose, the plant 1 includes a fan (not shown), which keeps the reactor 5 in depression.
Il reattore 5 comprende, procedendo dalla tramoggia 2 verso la sezione 7,: Reactor 5 comprises, proceeding from hopper 2 towards section 7,:
- una pluralità, tre nella fattispecie illustrata, di stadi 8, 9, 10 sovrapposti tra loro, all’interno delle quali avvengono, una dopo l’altra, rispettive reazioni di trasformazione del materiale a base organica in gas di sintesi; e - a plurality, three in the case illustrated, of stages 8, 9, 10 superimposed on each other, within which, one after the other, respective reactions of transformation of the organic-based material into synthesis gas take place; And
- una barriera 18 e una griglia 19, la quale ostruisce la sezione 7 del reattore 5. - a barrier 18 and a grid 19, which obstructs the section 7 of the reactor 5.
Gli stadi 8, 9, 10 sono disposti uno dopo l’altro, procedendo dalla tramoggia 2 verso la sezione 7. The stages 8, 9, 10 are arranged one after the other, proceeding from the hopper 2 towards section 7.
In maggiore dettaglio, lo stadio 8 è uno stadio di pre-riscaldamento, lo stadio 9 è uno stadio di pirolisi e lo stadio 10 è uno stadio di dissociazione completa del materiale a base organica. In greater detail, stage 8 is a pre-heating stage, stage 9 is a pyrolysis stage and stage 10 is a stage of complete dissociation of the organic-based material.
All’interno dello stadio 8, il materiale a base organica subisce un processo di essiccamento e di successiva combustione in presenza di un comburente, ad esempio aria calda. Tale combustione porta la temperatura del materiale a base organica all’interno dello strato 8 ad un valore di circa 600-700 °C, favorendo la carbonizzazione del materiale a base organica, tramite la scomposizione dei volatili presenti nelle fibre legnose. Inside stage 8, the organic-based material undergoes a drying and subsequent combustion process in the presence of a comburent, for example hot air. This combustion brings the temperature of the organic-based material inside layer 8 to a value of about 600-700 ° C, favoring the carbonization of the organic-based material, by breaking down the volatiles present in the woody fibers.
All’interno dello stadio 9, il materiale a base organica parzialmente carbonizzato subisce un processo di pirolisi. Inside stage 9, the partially carbonized organic-based material undergoes a pyrolysis process.
In particolare, il processo di pirolisi è dovuto all’alta temperatura e alla mancanza di comburente. In altre parole, il processo di pirolisi avviene in sostanziale mancanza di ossigeno. In particular, the pyrolysis process is due to the high temperature and the lack of comburent. In other words, the pyrolysis process occurs in a substantial lack of oxygen.
A seguito del processo di pirolisi, i legami chimici originari del materiale a base organica vengono disgregati e viene formata una miscela gassosa contenente idrocarburi aromatici. Following the pyrolysis process, the chemical bonds originating in the organic-based material are disrupted and a gaseous mixture containing aromatic hydrocarbons is formed.
Lo stadio 9 comprende, inoltre, una coppia di griglie 20 fissate alla pareti 14 e previste per rallentare il materiale carbonico all’interno dello stadio 9 stesso e consentire così a tale materiale carbonico di permanere per il tempo necessario all’interno dello stadio 9 stesso. The stage 9 also comprises a pair of grids 20 fixed to the walls 14 and provided to slow down the carbonic material inside the stage 9 itself and thus allow this carbonic material to remain for the necessary time inside the stage 9 itself. .
In particolare, le griglie 20 sono conformate come un doppio cono rovesciato e presenta una pluralità di fori calibrati (non illustrati). In particular, the grids 20 are shaped like an inverted double cone and have a plurality of calibrated holes (not shown).
Le griglie 20 sono, inoltre, efficaci per impedire l’avanzamento delle ceneri, le quali sono formate dalle componenti di idrocarburi aromatici presenti nella miscela gassosa. The grids 20 are also effective in preventing the advancement of the ashes, which are formed by the components of aromatic hydrocarbons present in the gaseous mixture.
Nella fattispecie illustrata, le griglie 20 sono realizzate in materiale ceramico. In the case illustrated, the grids 20 are made of ceramic material.
Lo stadio 10 comprende: Stage 10 includes:
- una superficie 11 mantenuta alla temperatura di circa 1300 °C dalla reazione di pirolisi che avviene nello stadio 9; e - a surface 11 maintained at a temperature of about 1300 ° C by the pyrolysis reaction which takes place in stage 9; And
- una pluralità di passaggi obbligati (non illustrati), i quali guidano la miscela gassosa contro la superficie 11. - a plurality of forced passages (not shown), which guide the gaseous mixture against the surface 11.
Grazie all’elevata temperatura della superficie 11, i componenti volatili della miscela gassosa che non erano stati bloccati dalle griglie 20 vengono completamente dissociati. Tali componenti volatili sono formati, in particolare, da micro polveri di carbonio, le quali potrebbero danneggiare e/o compromettere il funzionamento dei motori alimentati con il gas di sintesi. Thanks to the high temperature of the surface 11, the volatile components of the gaseous mixture that had not been blocked by the grids 20 are completely dissociated. These volatile components are formed, in particular, by micro carbon powders, which could damage and / or compromise the operation of engines fed with synthesis gas.
In particolare, tali polveri di carbonio, in corrispondenza della superficie 11, reagiscono con il vapore d’acqua originando ossido di carbonio e idrogeno. In particular, these carbon powders, at the surface 11, react with the water vapor, giving rise to carbon monoxide and hydrogen.
La barriera 18 è formata, nella fattispecie illustrata, da sfere di allumina. The barrier 18 is formed, in the case illustrated, by alumina spheres.
In particolare, le sfere di allumina immagazzinano calore e dissociano le ultime particelle di carbonio ancora presenti nel gas di sintesi. In particular, the alumina spheres store heat and dissociate the last carbon particles still present in the synthesis gas.
L’impianto 1 comprende, inoltre,: Plant 1 also includes:
- un serbatoio 22 di stoccaggio degli scarti incombusti e delle cenere sottratte al gas di sintesi; e - un sistema 21 di trasferimento, il quale è alimentato, per gravità, con gli scarti incombusti e le cenere in caduta dalla sezione 7 del reattore 5 e trasferisce i suddetti scarti e ceneri al serbatoio 22, tramite un sistema di coclee non illustrato. - a storage tank 22 for the unburnt waste and the ash removed from the synthesis gas; and - a transfer system 21, which is fed, by gravity, with the unburnt scraps and falling ashes from section 7 of the reactor 5 and transfers the aforementioned scraps and ashes to the tank 22, by means of a system of augers not shown.
L’impianto 1 comprende mezzi di raffreddamento 30 comprendono un fascio tubiero 80 formato da una pluralità di tubi 81 attraversati dal gas di sintesi e annegati all’interno di un bagno 82 di un liquido termo-vettore, acqua nella fattispecie illustrata. The plant 1 comprises cooling means 30 comprising a tube bundle 80 formed by a plurality of tubes 81 crossed by the synthesis gas and embedded within a bath 82 of a thermo-vector liquid, water in the case illustrated.
Il fascio tubiero 80 si trova in posizione immediatamente inferiore alla sezione 7 e riceve il gas di sintesi dalla sezione 7 stessa. The tube bundle 80 is located immediately below the section 7 and receives the synthesis gas from the section 7 itself.
In maggiore dettaglio, il fascio tubiero 80 si estende parallelamente all’asse A tra: In greater detail, the tube bundle 80 extends parallel to axis A between:
- una terza quota, inferiore alla seconda quota; e - una quarta quota, inferiore alla terza quota. - a third share, less than the second share; and - a fourth share, less than the third share.
In maggiore dettaglio, il fascio tubiero 80 comprende una coppia di piastre 83, 84 superiore e inferiore, e giacenti su rispettivi piani paralleli tra loro e ortogonali all’asse A. In greater detail, the tube bundle 80 includes a pair of plates 83, 84 upper and lower, and lying on respective planes parallel to each other and orthogonal to axis A.
I tubi 81 hanno rispettivi assi paralleli tra loro e paralleli all’asse A ed estendentisi tra le piastre 83, 84. The tubes 81 have respective axes parallel to each other and parallel to axis A and extending between the plates 83, 84.
I tubi 81 sono saldati, in corrispondenza di rispettive estremità superiori e inferiori, alle piastre 83, 84. The tubes 81 are welded, at their respective upper and lower ends, to the plates 83, 84.
Le piastre 83, 84 presentano rispettive pluralità di fori disposti in corrispondenza delle sezioni aperte dei tubi 81. The plates 83, 84 have respective plurality of holes arranged in correspondence with the open sections of the tubes 81.
In particolare, i tubi 81 sono disposti all’interno del fascio tubiero 80 in modo da formare, in sezione ortogonale all’asse A, una pluralità di circonferenze concentriche rispetto all’asse A stesso. In particular, the tubes 81 are arranged inside the tube bundle 80 so as to form, in section orthogonal to axis A, a plurality of concentric circles with respect to axis A itself.
Il fascio tubiero 80 comprende, inoltre,: The tube bundle 80 also includes:
- un involucro 90, il quale si estende tra le piastre 83, 84 e delimita un volume per il bagno 82; e - a casing 90, which extends between the plates 83, 84 and defines a volume for the bath 82; And
- un circuito di ricambio del liquido termovettore riscaldato con liquido termovettore fresco. - a replacement circuit for the heat transfer liquid heated with fresh heat transfer liquid.
Il circuito comprende, in particolare,: The circuit includes, in particular,:
- una pluralità di aperture 92 definite dall’involucro 90 e atte a consentire l’ingresso e l’uscita del liquido termovettore; - a plurality of openings 92 defined by the casing 90 and designed to allow the entry and exit of the heat transfer liquid;
- uno scambiatore termico (non illustrato) per raffreddare il liquido termovettore in uscita dal bagno 82; e - a heat exchanger (not shown) to cool the heat-carrying liquid leaving the bath 82; And
- una pompa idraulica (non illustrata) per re-inviare il liquido termovettore raffreddato all’interno del bagno 82. - a hydraulic pump (not shown) to send the cooled heat transfer liquid back into bath 82.
Il fascio tubiero 80 è disposto in posizione immediatamente inferiore alla griglia 19 e alla barriera 18. The tube bundle 80 is arranged in a position immediately below the grid 19 and the barrier 18.
Nella fattispecie illustrata, le piastre 83, 84 e i tubi 81 sono realizzati in acciaio inossidabile. In the case illustrated, the plates 83, 84 and the tubes 81 are made of stainless steel.
Grazie all’azione raffreddante del fascio tubiero 80, il gas di sintesi viene raffreddato a una temperatura di circa 20 °C. Thanks to the cooling action of the tube bundle 80, the synthesis gas is cooled to a temperature of about 20 ° C.
Vantaggiosamente, il filtro 103 comprende (Figure da 2 a 5): Advantageously, the filter 103 comprises (Figures 2 to 5):
- un ingresso 110 alimentabile con il gas di sintesi ricco della sostanza particellare; - an inlet 110 which can be fed with the synthesis gas rich in the particulate matter;
- un’uscita 111 attraversabile dal gas di sintesi, dal quale è stata filtrata la sostanza particellare; - an outlet 111 that can be crossed by the synthesis gas, from which the particulate substance has been filtered;
- un rotore 112 definente una camera 114 di attraversamento del gas di sintesi; e - a rotor 112 defining a chamber 114 for passing through the synthesis gas; And
- una tela 113 filtrante, la quale è applicata sul rotore 112, chiude a tenuta la camera 114 ed è atta a separare la sostanza particellare del gas di sintesi. - a filtering cloth 113, which is applied on the rotor 112, seals the chamber 114 and is suitable for separating the particulate substance of the synthesis gas.
L’ingresso 110 è fluidicamente collegato allo scrubber 102 e alla camera 114. Inlet 110 is fluidically connected to scrubber 102 and chamber 114.
L’uscita 111 è fluidicamente collegata alla camera 114 e al gruppo di raffreddamento 104. The outlet 111 is fluidically connected to the chamber 114 and to the cooling unit 104.
L’ingresso 110, la camera 114 e l’uscita 111 definiscono un percorso fluidico per il gas di sintesi. Inlet 110, chamber 114 and outlet 111 define a fluid path for the synthesis gas.
Il filtro 103 comprende, in particolare, un involucro 109 avente forma di tubolare lungo l’asse C. The filter 103 comprises, in particular, a casing 109 having the shape of a tubular along the C axis.
L’involucro 109 definisce, l’ingresso 110 e l’uscita 111. The envelope 109 defines the entrance 110 and the exit 111.
Nella fattispecie illustrata, l’ingresso 110 è radiale all’asse A e l’uscita 111 è coassiale all’asse C. In the case illustrated, input 110 is radial to axis A and output 111 is coaxial to axis C.
L’ingresso 110 è, inoltre, disposto a una quota inferiore all’uscita 111. Entrance 110 is also located at a lower altitude than exit 111.
L’involucro 109 e la tela 113 definiscono tra di loro un vano 140 di forma tubolare, il quale è disposto dalla parte opposta dell’asse C rispetto alla tela 113. The envelope 109 and the canvas 113 define between them a tubular compartment 140, which is arranged on the opposite side of the C axis with respect to the canvas 113.
L’involucro 109 comprende, in particolare: The envelope 109 includes, in particular:
- un tratto principale 106 sostanzialmente cilindrico e alloggiante coassialmente l’elemento 112; e - a main section 106 substantially cylindrical and coaxially housing the element 112; And
- un tratto di estremità 107 sporgente da un’estremità inferiore del tratto principale 106 e convergente verso il basso. - an end section 107 protruding from a lower end of the main section 106 and converging downwards.
Il tratto principale 106 alloggia coassialmente il rotore 112, la tela 113 e la camera 114. The main section 106 coaxially houses the rotor 112, the cloth 113 and the chamber 114.
Nella forma di realizzazione illustrata, il rotore 112 è formato da una pluralità di lame 119 aventi rispettivi assi paralleli all’asse C e disposte circonferenzialmente intorno all’asse C stesso. In the illustrated embodiment, the rotor 112 is formed by a plurality of blades 119 having respective axes parallel to the C axis and arranged circumferentially around the C axis itself.
Le lame 119 sono atte a impedire il collasso della tela 113 durante il funzionamento del filtro 103. The blades 119 are adapted to prevent the collapse of the cloth 113 during the operation of the filter 103.
Le lame 119 sono realizzate, in particolare, in ferro oppure acciaio. The blades 119 are made, in particular, of iron or steel.
Il filtro 103 comprende (Figura 6), inoltre,: Filter 103 also includes (Figure 6):
- un dispositivo 160 pressore, il quale è atto a premere la tela 113 contro le lame 119; e - a pressing device 160, which is able to press the ply 113 against the blades 119; And
- una rete (non illustrata) interposta tra le lame 119 e la tela 113 per ridistribuire più uniformemente la pressione della tela 113 sulle lame 119. - a net (not shown) interposed between the blades 119 and the cloth 113 to redistribute more uniformly the pressure of the cloth 113 on the blades 119.
Più precisamente, il filtro 103 comprende: More precisely, the filter 103 comprises:
- una vaschetta 161 allungata lungo l’asse A e disposta in corrispondenza di una porzione 162 dell’involucro 109 dalla quale sono stare rimosse alcune lame 119; - a tray 161 elongated along the axis A and arranged in correspondence with a portion 162 of the casing 109 from which some blades 119 have been removed;
- una piastra 163 allungata parallelamente all’asse C e contrapposta alla vaschetta 161 e collegata alle lame 119; e - a plate 163 elongated parallel to the C axis and opposite the tray 161 and connected to the blades 119; And
- il dispositivo 160, il quale è formato da un bullone avvitato sulla piastra 163 e sulla vaschetta 161. - the device 160, which is formed by a bolt screwed onto the plate 163 and onto the tray 161.
Preferibilmente, la tela 113 è una maglia di fili realizzata in acciaio sinterizzato. Preferably, the cloth 113 is a wire mesh made of sintered steel.
Nella forma di realizzazione illustrata, la tela 113 ha una capacità filtrante variabile tra i 15 e i 20 micron. Il filtro 103 comprende, inoltre, un motore (non illustrato) a velocità variabile, il quale è operativamente collegato al rotore 112 tramite un albero di trasmissione non illustrato. In the illustrated embodiment, the cloth 113 has a filtering capacity ranging from 15 to 20 microns. The filter 103 further comprises a variable speed motor (not shown), which is operatively connected to the rotor 112 by means of a transmission shaft not shown.
Preferibilmente, l’uscita 111 è disposta a una quota superiore dell’ingresso 110. Preferably, the exit 111 is arranged at a higher level than the entrance 110.
Con riferimento alla figura 2, il filtro 103 comprende, inoltre, un aspiratore 118 disposto ad una sommità dell’uscita 111 e un dispositivo di raccolta 120 disposto inferiormente all’ingresso 110. With reference to Figure 2, the filter 103 also comprises an aspirator 118 arranged at a top of the outlet 111 and a collection device 120 arranged below the inlet 110.
Grazie a tale configurazione, il gas di sintesi ricco di sostanza particellare entra nel filtro 103 tramite l’ingresso 110, scorre nella camera 114 a tenuta entrando a contatto con la tela 103 filtrante, ed esce dal filtro 103 tramite l’uscita 111. Thanks to this configuration, the synthesis gas rich in particulate matter enters the filter 103 through the inlet 110, flows into the sealed chamber 114 coming into contact with the filter cloth 103, and exits the filter 103 through the outlet 111.
L’aspiratore 118 crea una corrente del gas di sintesi diretta, nella fattispecie illustrata dal basso verso l’alto, e dall’ingresso 110 verso l’uscita 111. The aspirator 118 creates a direct synthesis gas stream, in this case illustrated from the bottom up, and from inlet 110 to outlet 111.
Il filtro 103 comprende, inoltre, un dispositivo 115 (Figure 3 e 4) di lavaggio della tela 113, il quale è previsto per rimuovere la sostanza particellare dalla tela 113 stessa tramite adduzione di getti di una sostanza di lavaggio sulla tela 113 stessa, nella fattispecie illustrata acqua. The filter 103 also comprises a device 115 (Figures 3 and 4) for washing the cloth 113, which is provided to remove the particulate substance from the cloth 113 itself by adding jets of a washing substance onto the cloth 113 itself, in the case illustrated water.
Il dispositivo 115 comprende, in una prima forma di realizzazione, una barra 116 allungata parallelamente all’asse C e disposta tra il rotore 112 e la tela 113. In particolare, il liquido di lavaggio è eiettato ad alta pressione (70 bar) in equi-corrente con il movimento rotatorio del rotore 112 e della tela 113. The device 115 comprises, in a first embodiment, a bar 116 elongated parallel to the C axis and arranged between the rotor 112 and the cloth 113. In particular, the washing liquid is ejected at high pressure (70 bar) in equi -current with the rotary movement of the rotor 112 and of the cloth 113.
La barra 116 comprende una pluralità di ugelli 117, i sono disposti sulla barra 116 parallelamente all’asse C. The bar 116 includes a plurality of nozzles 117, the are arranged on the bar 116 parallel to the C axis.
La barra 116 e gli ugelli 117 sono fissi rispetto all’asse C. The bar 116 and the nozzles 117 are fixed with respect to the C axis.
In una forma preferita di realizzazione, il filtro 103 comprende, inoltre, un dispositivo 124 di rimozione meccanica delle sostanza particellari disposte sulla faccia della tela 113 opposte all’asse C e alla camera 114 (Figura 5). In a preferred embodiment, the filter 103 also comprises a device 124 for the mechanical removal of the particulate matter arranged on the face of the canvas 113 opposite the axis C and the chamber 114 (Figure 5).
Il dispositivo 124 comprende una spazzola 125 rotante solidalmente al rotore 112 e atta a pulire la tela 113. The device 124 comprises a brush 125 rotating integrally with the rotor 112 and adapted to clean the cloth 113.
La spazzola 125 è montata su un albero 126 ed è disposta adiacente alla tela 113. The brush 125 is mounted on a shaft 126 and is arranged adjacent to the ply 113.
L’albero 126 e la spazzola 125 sono girevoli intorno a un asse B, il quale è parallelo all’asse C. Shaft 126 and brush 125 rotate around an axis B, which is parallel to axis C.
L’albero 126 e la spazzola 125 sono disposti esternamente all’involucro 109. The shaft 126 and the brush 125 are arranged externally to the casing 109.
La spazzola 125 è conformata come un cilindro cavo di asse B e presenta una generatrice 127, la quale è allungata parallelamente all’asse B ed è disposta istantaneamente a contatto con la tela 113 da parte opposta all’asse A. The brush 125 is shaped like a hollow cylinder of axis B and has a generatrix 127, which is elongated parallel to axis B and is instantly placed in contact with the cloth 113 on the opposite side to axis A.
A tal scopo, l’involucro 109 presenta un’apertura impegnata dalla porzione 127. For this purpose, the casing 109 has an opening engaged by the portion 127.
Gli ugelli 117 della barra 116 sono attivi insieme alla spazzola 125 in una prima fase di azionamento dell’impianto 1, quando la quantità di sostanza particellare all’interno del gas di sintesi è particolarmente elevata. The nozzles 117 of the bar 116 are active together with the brush 125 in a first operating phase of the plant 1, when the amount of particulate matter inside the synthesis gas is particularly high.
In una seconda fase di azionamento dell’impianto 1, ossia quando la quantità di sostanza particellare all’interno del gas di sintesi è ridotta, gli ugelli 117 sono disattivati e la sostanza particellare viene rimossa dalla sola spazzola 125. In a second phase of operation of the plant 1, ie when the amount of particulate matter inside the synthesis gas is reduced, the nozzles 117 are deactivated and the particulate matter is removed only by the brush 125.
Alternativamente, il dispositivo 115 è un generatore di vapore saturo secco. Alternatively, the device 115 is a dry saturated steam generator.
Il dispositivo di raccolta 120 è definito dal tratto di estremità 107 dell’involucro 109. The collection device 120 is defined by the end section 107 of the casing 109.
Il dispositivo di raccolta 120 comprende (Figura 7): - un primo condotto 129 terminante in un’uscita 130, la quale è fluidicamente collegata con il vano 140; e The collection device 120 comprises (Figure 7): - a first conduit 129 ending in an outlet 130, which is fluidically connected with the compartment 140; And
- un secondo condotto 131 terminante in un’uscita 121, la quale è fluidicamente collegata con la camera 114. - a second conduit 131 ending in an outlet 121, which is fluidically connected with the chamber 114.
Le sostanze particellari e il liquido di lavaggio si raccolgono nei condotti 129, 131 per azione della gravità. The particulate substances and the washing liquid collect in the ducts 129, 131 by the action of gravity.
L’uscita 130 è coassiale all’asse C. L’uscita 132 è disposta sfalsata rispetto all’asse C. The output 130 is coaxial to the C axis. The output 132 is staggered with respect to the C axis.
I condotti 129, 131 sono chiusi tramite rispettiva valvole a tenuta (non illustrata), per evitare che l’aria comburente esterna al filtro 103 possa reagire con il gas di sintesi contenuto all’interno del filtro 103 e danneggiare il filtro 103 stesso. The ducts 129, 131 are closed by their respective sealing valves (not shown), to prevent the combustion air outside the filter 103 from reacting with the synthesis gas contained within the filter 103 and damaging the filter 103 itself.
Il filtro 103 comprende, infine, una pluralità di dischi 150 frangibili (uno solo dei quali illustrato in Figura 2), qualora la pressione all’interno del filtro 103 dovesse superare un valore di soglia. Finally, the filter 103 comprises a plurality of frangible disks 150 (only one of which is shown in Figure 2), should the pressure inside the filter 103 exceed a threshold value.
In uso, il materiale carbonico viene inserito nella tramoggia 2 e da questa giunge al reattore 5 insieme a un comburente, tipicamente aria. In use, the carbonic material is inserted into the hopper 2 and from this it reaches the reactor 5 together with a comburent, typically air.
All’interno del reattore 5, il materiale carbonico subisce una combustione in presenza del comburente alla temperatura di circa 600-700 °C all’interno dello stadio 8; e subisce un processo di pirolisi all’interno dello stadio 9 sostanzialmente in assenza di aria. Inside the reactor 5, the carbonic material undergoes a combustion in the presence of the comburent at a temperature of about 600-700 ° C inside stage 8; and undergoes a pyrolysis process inside stage 9 substantially in the absence of air.
In particolare, le griglie 20 impediscono l’avanzamento delle ceneri formate dagli idrocarburi aromatici presenti nella miscela gassosa. In particular, the grids 20 prevent the advancement of the ashes formed by the aromatic hydrocarbons present in the gaseous mixture.
All’interno dello stadio 10, il gas di sintesi viene guidato contro la superficie 11 ad elevata temperatura. In tal modo, le polveri di carbonio non eliminate dalle griglie 20 vengono completamente dissociate. Inside stage 10, the synthesis gas is guided against the surface 11 at a high temperature. In this way, the carbon powders not eliminated by the grids 20 are completely dissociated.
La barriera 18 è efficace nel rimuovere le ultime particelle di carbonio ancora presenti nel gas di sintesi. Barrier 18 is effective in removing the last remaining carbon particles still present in the synthesis gas.
Gli scarti incombusti e le ceneri sottratte al gas di sintesi raggiungono, per gravità, il sistema 21 e vengono poi stoccati all’interno del serbatoio 19. The unburnt waste and the ashes removed from the synthesis gas reach, by gravity, the system 21 and are then stored inside the tank 19.
Il gas di sintesi di seguito attraversa la sezione 7 e fluisce all’interno delle tubi 81 del fascio tubiero 80, le quali sono a contatto con il bagno 82 di liquido termovettore. The synthesis gas below crosses section 7 and flows inside the tubes 81 of the tube bundle 80, which are in contact with the bath 82 of heat carrier liquid.
Grazie all’azione raffreddante del bagno 82, la temperatura del gas di sintesi scende all’interno del fascio tubiero 80 sino al valore di circa 40 gradi centigradi Thanks to the cooling action of bath 82, the temperature of the synthesis gas drops inside the tube bundle 80 to a value of about 40 degrees centigrade
Il gas di sintesi raffreddato in modo controllato e filtrato raggiunge l’uscita 3 dell’impianto 1 ed è reso disponibile al ciclone 101 e allo scrubber 102, all’interno dei quali viene effettuata una prima separazione delle sostanze particellari dal gas di sintesi. The synthesis gas cooled in a controlled and filtered way reaches the outlet 3 of plant 1 and is made available to cyclone 101 and scrubber 102, within which a first separation of the particulate substances from the synthesis gas is carried out.
Di seguito, il gas di sintesi ancora ricco di sostanze particellari fluisce dallo scrubber 102 all’ingresso 110 del filtro 103. Subsequently, the synthesis gas still rich in particulate substances flows from the scrubber 102 to the inlet 110 of the filter 103.
Il rotore 112 e la tela 113 ruotano intorno all’asse A. Al contempo, l’aspiratore 118 crea una corrente di gas di sintesi all’interno della camera a tenute definita dal rotore 112 e dalla tela 113 dall’ingresso 110 disposto in basso verso l’uscita 111 disposta in alto. The rotor 112 and the cloth 113 rotate around the axis A. At the same time, the aspirator 118 creates a stream of synthesis gas inside the seal chamber defined by the rotor 112 and by the cloth 113 by the inlet 110 located below. towards exit 111 above.
Tale corrente porta il gas di sintesi a fluire lungo la tela 113 e a depositare su di essa la sostanza particellare. This current causes the synthesis gas to flow along the wire 113 and to deposit the particulate substance on it.
Le lame 119 impediscono il collasso della tela 113, sotto l’azione dell’aspiratore 118. The blades 119 prevent the collapse of the canvas 113, under the action of the aspirator 118.
Gli ugelli 117 della barra 116 sono attivi insieme alla spazzola 125 in una prima fase di azionamento dell’impianto 1, quando la quantità di sostanza particellare all’interno del gas di sintesi è particolarmente elevata. The nozzles 117 of the bar 116 are active together with the brush 125 in a first operating phase of the plant 1, when the amount of particulate matter inside the synthesis gas is particularly high.
In una seconda fase di azionamento dell’impianto 1, ossia quando la quantità di sostanza particellare all’interno del gas di sintesi è ridotta, gli ugelli 117 sono disattivati e la sostanza particellare viene rimossa dalla sola spazzola 125 rotante. In a second phase of operation of the plant 1, ie when the amount of particulate matter inside the synthesis gas is reduced, the nozzles 117 are deactivated and the particulate matter is removed by the rotating brush 125 alone.
Il fluido di lavaggio e la sostanza particellare rimossi dalla tela 113 dagli ugelli 117 e dalla spazzola 125 si raccolgono, per gravità, nei rispettivi condotti 130, 131 del dispositivo di raccolta 120. The washing fluid and the particulate matter removed from the cloth 113 by the nozzles 117 and the brush 125 collect, by gravity, in the respective ducts 130, 131 of the collection device 120.
Più precisamente, l’acqua di lavaggio e la sostanza particellare contenuta nel vano 140 si raccolgono nel condotto 131 mentre l’acqua di lavaggio e la sostanza particellare contenuta nella camera 114 si raccolgono nel condotto 132. More precisely, the washing water and the particulate matter contained in the compartment 140 collect in the duct 131 while the washing water and the particulate matter contained in the chamber 114 collect in the duct 132.
Il gas di sintesi sostanzialmente privo di sostanza particellari fluisce dall’uscita 111 al gruppo di raffreddamento 104 e da quest’ultimo al motore a combustione interna 105. The synthesis gas substantially free of particulate matter flows from outlet 111 to the cooling unit 104 and from the latter to the internal combustion engine 105.
Da un esame del filtro 103 realizzato secondo la presente invenzione, sono evidenti i vantaggi che essa consente di ottenere. From an examination of the filter 103 made according to the present invention, the advantages it allows to obtain are evident.
In particolare, il filtro 103 comprende un rotore 112 definente la camera 114 di attraversamento a tenuta del detto gas di sintesi, e una tela 113 filtrante applicata sul rotore 112, delimitante a tenuta la camera 114 e atta a separare la detta sostanza particellare dal detto gas di sintesi. In particular, the filter 103 comprises a rotor 112 defining the chamber 114 for the airtight passage of the said synthesis gas, and a filtering cloth 113 applied on the rotor 112, sealing the chamber 114 and able to separate the said particulate substance from the said synthesis gas.
In tal modo, la tela 113 trattiene la sostanza particellare e la separa dal gas di sintesi, il quale fluisce dall’ingresso 110 all’uscita 111. In this way, the canvas 113 retains the particulate substance and separates it from the synthesis gas, which flows from inlet 110 to outlet 111.
Inoltre, il dispositivo di lavaggio 115 rimuove continuamente la sostanza particellare dalla tela 113. In questo modo, la tela 113 rimane “pulita” durante il funzionamento del filtro 103. Conseguentemente, non è necessario interrompere periodicamente il funzionamento del filtro 103 per sostituire la tela 113 “sporca” con una nuova tale 113 “pulita”. Furthermore, the washing device 115 continuously removes the particulate matter from the cloth 113. In this way, the cloth 113 remains "clean" during the operation of the filter 103. Consequently, it is not necessary to periodically interrupt the operation of the filter 103 to replace the cloth. 113 "dirty" with a new 113 "clean".
Tale effetto di rimozione continua della sostanza particellare dalla tela 113 è resa particolarmente efficiente dal fatto che il rotore 112 trascina la tela 113 in rotazione intorno all’asse A e dal fatto che il dispositivo di lavaggio 115 genera un flusso continuo di flusso di lavaggio sulla tela 113 stessa. This effect of continuous removal of the particulate matter from the cloth 113 is made particularly efficient by the fact that the rotor 112 drives the cloth 113 in rotation around the axis A and by the fact that the washing device 115 generates a continuous flow of washing flow on the canvas 113 itself.
L’aspiratore 118 consente di creare una corrente continua di gas di sintesi diretta dal basso verso l’alto e dall’ingresso 110 verso l’uscita 111. The extractor 118 allows you to create a direct stream of synthesis gas directed from the bottom upwards and from inlet 110 to outlet 111.
Le lame 114 del rotore 112 sostengono la tela 113 e ne evitano il collasso, quando viene azionato l’aspiratore 118. The blades 114 of the rotor 112 support the cloth 113 and prevent its collapse, when the aspirator 118 is activated.
Risulta infine chiaro che al filtro 103 precedentemente descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione. Finally, it is clear that modifications and variations can be made to the filter 103 previously described and illustrated without thereby departing from the scope of protection of the present invention.
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2016
- 2016-12-09 IT IT102016000124645A patent/IT201600124645A1/en unknown
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