ITMI20060343A1 - Metodo per l'ottenimento di combustibikle derivato dai rifiuti pre-neutralizzato combustibile cosi'ottenuto e suo utilizzo in combustione - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

“METODO PER L’OTTENIMENTO DI COMBUSTIBILE DERIVATO DAI RIFIUTI PRE-NEUTRALIZZATO, COMBUSTIBILE COSÌ OTTENUTO E SUO UTILIZZO IN COMBUSTIONE”

DESCRIZIONE STATO DELL’ARTE

La presente invenzione riguarda un combustibile non convenzionale neutralizzato prima di essere alimentato aH’inceneritore.

In particolare riguarda gli RSU (Rifiuti Solidi Urbani), gli RDF (Refuse Derived Fuels) o i rifiuti solidi industriali.

I rifiuti e fra questi i RSU contengono percentuali rilevanti di cloro, bromo, fluoro e zolfo che sono la causa principale dell’ acidità dei fumi e della produzione di microinquinanti organici quali diossine e/o furani.

Per ridurre l’acidità dei fumi e principalmente l’acido cloridrico, bromidrico, iodidrico e fluoridrico nonché l’anidride solforica presente nei fumi si utilizzano delle basi quali soda e/o calce e/o bicarbonati iniettati in vari punti dell’impianto.

L’esperienza insegna che è conveniente l’utilizzo della soda ad alta temperatura e tipicamente nel forno di incenerimento o dopo il forno stesso perché in queste condizioni la soda si trova in fase vapore e ha una efficienza elevata.

Nel caso dell’alimentazione nel forno l’inconveniente è l’interazione della soda con il refrattario del forno. La nebulizzazione dopo il forno e prima della caldaia è un po’ meno efficace e richiede un maggior eccesso di reagente con conseguente incremento dello sporcamente dei tubi della caldaia.

Nel brevetto EP 744208 della stessa richiedente si propone Γ alimentazione della soda già vaporizzata dopo la caldaia al fine di avere i vantaggi senza gli inconvenienti dei metodi precedenti ma con un sistema un po’ più complesso come realizzazione.

Tutti questi metodi sono in grado di offrire un abbattimento dello zolfo pressoché completo e una efficienza di abbattimento degli alogeni attorno al 70%.

La calce o i bicarbonati possono essere vantaggiosamente utilizzati a più bassa temperatura e tipicamente attorno a 160 - 180°C nella parte terminale degli impianti prima dei filtri a maniche sui quali si depositano continuando le reazioni di neutralizzazione.

Il fattore di utilizzazione della calce non è elevato ma si rende possibile una buona efficienza di abbattimento dell’acidità residua al di sotto dei limiti di legge.

Per questo motivo la calce è utilizzata in combinazione con la soda per poter beneficiare dei vantaggi di entrambi i metodi.

Il problema dell’abbattimento dei microinquinanti organici quali le policlorodibenzo diossine e i policloro dibenzo furani è un po’ più complesso perché in presenza di cloro questi si formano durante Γ incenerimento, se la combustione non è ben controllata, ma soprattutto si formano a più bassa temperatura in caldaia se prima della caldaia non si è eliminato tutto il cloro.

I limiti di emissione imposti dalla Unione Europea sono molto restrittivi e pari a 0,1 ng/Nm3, espresso come l’equivalente tossico della 2, 3, 7, 8 tetracloro dibenzo diossina, equivalente ottenuto come somma di specifiche diossine e furani normalizzati con un coefficiente proporzionale alla specifica tossicità di ognuna.

Attualmente il problema dei microinquinanti organici presenti nei fumi degli inceneritori viene trattato con tecnologie particolari quali:

- l’ottimizzazione dei processi di combustione ad esempio attraverso combustibili quali gli RDF con residui organici ridotti

- la minimizzazione di composti che possano agire come precursori nella sintesi a bassa temperatura in caldaia ad esempio il cloro - l’utilizzo di carboni attivi in polvere dispersi nei fumi, su letti fissi o in sospensione liquida prima dell’emissione all’ambiente Come si può constatare le tecnologie di abbattimento dei microinquinanti organici si intersecano in parte con quelle di eliminazione dai fumi delle sostanze acide.

Ad esempio il brevetto IT 01306951 della stessa richiedente utilizza gli RDF e la soda alimentata direttamente nel combustore dei rifiuti RDF ai fini di un efficiente immobilizzazione del cloro e degli altri alogeni. La combustione dell’organico è più efficiente e la riduzione drastica del cloro evita la sintesi de novo delle diossine in caldaia attorno ai 600°C.

Questa tecnica, pur essendo molto efficiente sia per la riduzione dell’acidità che dei microinquinanti, presenta lo svantaggio di esporre le pareti refrattarie del forno di combustione a un potenziale attacco da parte della soda in esso nebulizzata.

PRESENTAZIONE DELL’INVENZIONE

Costituisce pertanto oggetto della presente invenzione un nuovo combustibile derivato dai rifiuti neutralizzato all’ origine prima della alimentazione al forno di incenerimento che non presenta gli inconvenienti dell’arte nota.

Un oggetto particolare della presente invenzione è un metodo per realizzare detto nuovo combustibile a partire da un combustibile nobilitato quale un RDF ottenuto per bioessiccazione degli RSU o a partire da combustibili a più elevato potere calorifico quali gli RDF raffinati secondo il metodo esposto nel brevetto EP-A-706839 della stessa richiedente.

Un ulteriore oggetto della presente invenzione riguarda l’utilizzo di questo nuovo combustibile negli inceneritori con lo scopo della riduzione delle sostanze acide e dei microinquinanti organici nei fumi.

Obiettivo quindi della presente invenzione è quello di fornire l’agente neutralizzante al momento della combustione evitando quindi sul nascere la produzione di fumi acidi da neutralizzare in una fase successiva.

Ulteriore obiettivo è quello di ridurre il contatto diretto della soda con il refrattario del forno, potenziale causa di una sua più rapida usura.

Questi scopi sono raggiunti dall'invenzione, che propone un metodo per la produzione di combustibile derivato da rifiuti presentante le caratteristiche dell'annessa rivendicazione indipendente 1 , e un tale combustibile derivato da rifiuti presentante le caratteristiche dell'annessa rivendicazione indipendente 7.

Realizzazioni preferite dall'invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.

Si è infatti trovato che i rifiuti bioessiccati sono avidi di soluzioni acquose, potendo assorbire fino al 60% del loro peso e che quindi, quando detti rifiuti sono messi in contatto con soluzioni opportunamente dosate di soda caustica, la adsorbono completamente.

Il rifiuto bioessiccato ha normalmente un contenuto d’acqua compreso fra il 17 e il 20% in peso ed è costituito da plastica, legno, carta, residui alimentari secchi e materiali inerti minerali e metallici.

Il prodotto ottenuto dal bioessiccato per raffinazione è stato privato del sottovaglio fine e dei metalli ed è stato macinato ad una granulometria attorno a qualche centimetro.

Questi materiali contengono inoltre 0,5 - 0,8% in peso di alogeni e tipicamente cloro e 0,2 - 0,4% di zolfo.

La quantità di soda stechiometrica da aggiungere è pertanto molto piccola e attorno a 10 - 20 grammi per chilogrammo di combustibile o alternativamente 35 - 65 grammi di soluzione acquosa di soda al 30%.

La soda, se dispersa in soluzione acquosa uniformemente sul materiale, diffonde nei composti cellulosici idrolizzandoli, reagisce con gli acidi grassi presenti originariamente nei rifiuti o con le sostanze acide prodotte dalla fermentazione aerobica e dealogena gli organici alogenati eventualmente presenti.

Il risultato di questa operazione è che la soda risulta legata sotto forma di sali organici e inorganici di sodio e il PH è attorno al valore 10 tipico di una soluzione di un sale di una base forte con un acido debole.

L’operazione di neutralizzazione del RDF può essere effettuata sia presso limpianto di produzione, sia presso l’inceneritore.

Per miscelare i rifiuti con la soda in soluzione è possibile impiegare vari metodi quali ad esempio la nebulizzazione della soluzione sul cumulo dei rifiuti aerati e stoccati presso limpianto di bioessiccazione o presso l’inceneritore, la nebulizzazione in continuo sui nastri trasportatori ecc. ma si è visto che è preferibile spruzzare la soluzione nel mulino terminale di macinazione del bioessiccato o del bioessiccato raffinato.

Questa macchina è già disponibile sull’impianto di bioessiccazione, come descritto in EP-A-706839 e più in dettaglio in IT 01297234 della richiedente, e permette una dispersione ottimale della soda sul rifiuto per l’azione di miscelazione che questa macchina esercita sul rifiuto durante la nebulizzazione.

Il rifiuto cosi neutralizzato viene stoccato a maturare in fossa in attesa di essere compattato in bilici da 20 - 30 tonnellate per essere trasportato all’ inceneritore.

La reazione della soda con la lignina, i cellulosici e gli organici acidi e clorurati presenti nel rifiuto continua sia durante il trasporto che nella fossa di ricezione dell ’inceneritore.

Si fa inoltre notare che, pur essendo il rifiuto bioessiccato privo di patogeni come rivendicato in EP-A-706839, il trattamento con soda offre una ulteriore garanzia di igienizzazione del rifiuto stesso nel caso di partite di produzione non a norma.

Il trattamento con soda in soluzione si integra quindi nel processo di produzione di bioessiccato che prevede:

- la macinazione grossolana dei RSU

- la fermentazione aerobica in un spazio chiuso in flusso di aria - la macinazione finale a pezzatura media (un decimetro) con aggiunta di soda

- il compattamento del rifiuto per il trasporto

Si integra anche nel processo più completo di produzione del bioessiccato raffinato che prevede:

- la macinazione grossolana dei RSU

- la fermentazione aerobica in un spazio chiuso in flusso di aria - la vagliatura per separare il sottovaglio fine

- la demetallizzazione

- la macinazione finale a pezzatura fine (qualche centimetro) con aggiunta di soda

- il compattamento del rifiuto per il trasporto

E possibile dosare la soda in modo da neutralizzare tutta l’acidità presente nel rifiuto, cosi come sovradosare la soda in funzione delle esigenze deH’inceneritore ad esempio nel caso sia prevista la co-combustione del bioessiccato con un altro rifiuto non neutralizzato al’origine.

In ogni caso la basicità del rifiuto è ridotta essendo la quantità di soda completamente tamponata dall’eccesso di sostanze reattive presenti nel rifiuto stesso.

Allo scopo di meglio comprendere le prestazioni del nuovo combustibile oggetto della presente invenzione e mettere in pratica la stessa di seguito si riportano alcuni esempi applicativi e non limitativi.

Esempio 1

L’impianto di Corteolona (PV) ha la capacita di trattare 60.000. t/a di RSU e produce circa 30.000 t/a di RDF raffinato.

Gli RSU sono costituiti in media da carta, cellulosici e legno (33%), plastica (18%), vetro, inerti e metalli (8%), organico e sottovaglio (41%) e hanno un contenuto di umidità attorno al 37% e un potere calorifico inferiore (PCI) di circa 2200 kcal/kg.

Dopo una triturazione grossolana, gli RSU vengono depositati in cumuli e subiscono una fermentazione aerobica in flusso d’aria per circa 15 giorni e perdono circa il 25% del loro peso a dare un bioessiccato avente un contenuto di umidità attorno al 19% e un PCI di circa 3000 kcal/kg.

Il bioessiccato cosi prodotto viene vagliato, deferrizzato e macinato fine perdendo un altro 25% del peso originario, a dare un bioessiccato raffinato contenente carta, cellulosici e legno (45%), plastica (32%), vetro, inerti e metalli (4%), organico (19%) e avente un’umidità attorno al 17% e un PCI di 3800 kcal/kg.

Il contenuto di acidità del rifiuto nella produzione senza neutralizzazione è attorno a 0,4% in peso espresso come equivalenti in HC1 e quindi in soda.

La soda stechiometrica è quindi 4,3 kg/t di rifiuto e in soluzione al 30% 14 kg/t.

Per esigenze dell’inceneritore durante la triturazione fine si sono aggiunti 30 1/t di soda.

Il materiale cosi pre-neutralizzato ha avuto un incremento di peso e un decremento di PCI trascurabile (3%) e spappolato in acqua presenta un PH attorno a 10 indice che la soda aggiunta è stata tutta tamponata dagli acidi organici deboli presenti.

Si sono prodotte in una campagna della durata di 15 giorni 1300 t di combustibile che compattato in bilici da 20 t è stato inviato all’ inceneritore di Filago (BG).

Esempio 2

L’inceneritore sito a Filago (BG) ha una capacità di incenerimento fino a 100.000. t/a di rifiuti industriali costituiti da terre inquinate, reflui organici a elevato potere calorifico, reflui acquosi a basso potere calorifico e altri rifiuti vari.

All’ inceneritore si alimenta anche una certa quantità di RDF come integratore di PCI del mix di rifiuti alimentati.

L’impianto è costituito da un forno a tamburo rotante per i solidi seguito da una camera statica per la combustione dei liquidi e la postcombustione.

I fumi di combustione attraversano una caldaia dove si producono circa 40 t/h di vapore che sono espansi in turbina a dare 9 MW di potenza elettrica, passano attraverso un elettrofiltro, sono raffreddati in un attemperatore e filtrati in un filtro a maniche prima di essere inviati al camino.

L’abbattimento dell’acidità e dei microinquinanti organici è realizzato mediante l’iniezione di soda nel combustore e l’aggiunta di calce in polvere e carboni attivi prima del filtro a maniche.

I fumi al camino sono sottoposti ad una analisi in continuo mediante tecnica FTIR (Fourier Transform Infra Red) per determinare la concentrazione degli acidi.

Inoltre periodicamente viene effettuata una analisi al camino secondo la norma EN 1948 per determinare la concentrazione di diossine e furani scaricati all’ambiente.

Durante i tre anni circa trascorsi dall’ avviamento dell’impianto la concentrazione di HC1 è risultata inferiore a 5 ppm (rispetto a 50 ppm di legge), quella di S03 praticamente nulla e quella dei microinquinanti inferiore a 0,1 ng/Nm3 prescritti dai regolamenti deH’Unione Europea.

Tuttavia durante il periodo di avviamento si era alimentata la soda nebulizzata con le acque a basso potere calorifico anche nel forno rotativo e si è notato un certo deterioramento del refrattario la cui durata è stata del 30% inferiore a quanto previsto.

Si è perciò deciso di nebulizzare la soda il più lontano possibile nella camera statica e in corrispondenza al rifacimento del refrattario nell’ultima fermata (dopo 2 anni dall’avviamento) di utilizzare refrattari più acidi e resistenti alle basi e operare periodici rivestimenti del tamburo rotante con matrici vetrose.

Tra le prove effettuate inoltre si è sospesa per un breve periodo l’alimentazione dei carboni attivi ottenendo tuttavia un picco a 2 ng/Nm3 per i microinquinanti.

Si è perciò proceduto ad alimentare nel tamburo rotante il RDF preparato come descritto nell’esempio 1 in sostituzione delle 3 t/h RDF non neutralizzato e nel contempo riducendo gradualmente da 90 l/h a 10 1/h di soda al 30% alimentate nella camera statica.

La concentrazione di HC1 è risultata inferiore a 0,5 ppm e quella dei microinquinanti organici inferiore a 0,1 ng/Nm3 dimostrando l’efficienza di abbattimento del nuovo combustibile oggetto del presente trovato.

Nella fase finale della prova, durata circa due settimane, si è arrestata l’immissione del carbone attivo e i microinquinanti organici sono rimasti sempre al di sotto del limite di 0,1 ng/Nm3.

Se ne deduce che il novo combustibile mostra una superiore efficienza nel fermare sul nascere lo HC1 rispetto alla neutralizzazione nei fumi una volta formato e quindi nel non renderlo disponibile per la sintesi de novo in caldaia.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la produzione di combustibile derivato da rifiuti (R. D. F.), in particolare da rifiuti solidi urbani (R. S. U.), comprendente le seguenti fasi: - macinazione grossolana degli R. S. U., - fermentazione aerobica, preferibilmente in uno spazio chiuso in flusso d'aria, - eventuale vagliatura per separare il sottovaglio fine, - eventuale demetallizzazione, - macinazione finale a pezzatura media o fine, - compattazione dei rifiuti per il trasporto ed eventuale stoccaggio, prima dell’ incenerimento, caratterizzato dal fatto che durante o dopo una qualsiasi delle suddette fasi, tra detta macinazione grossolana e detto incenerimento, ai rifiuti viene aggiunta una quantità di soda sufficiente almeno a neutralizzare l’acidità presente negli stessi.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’aggiunta di soda è sovradosata in caso di incenerimento in co-combustione con rifiuti non neutralizzati.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta soda di neutralizzazione è aggiunta in forma solida o in soluzione acquosa.
4. 4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta soda di neutralizzazione è aggiunta durante detta fase di macinazione finale a pezzatura media o fine.
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui detta soda è spruzzata in soluzione acquosa sui rifiuti in fase di macinazione finale.
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta soda è aggiunta in quantità stechiometrica da 10 a 20 grammi per chilogrammo di combustibile.
7. 7. Combustibile derivato da rifiuti, a seguito di macinazione grossolana, fermentazione aerobica, eventuale vagliatura e demetallizzazione, macinazione finale e compattazione, caratterizzato dal fatto di contenere soda, aggiunta in quantità sufficiente almeno a neutralizzare l'acidità presente nei rifiuti.
8. 8. Combustibile secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta soda è presente in quantità stechiometrica da 10 a 20 grammi per chilogrammo di combustibile.
9. 9. Combustibile secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui detta soda è aggiunta in soluzione acquosa, preferibilmente al 30%.
10. 10. Uso del combustibile pre-neutralizzato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 9, in inceneritori.
11. 11. Uso del combustibile secondo la rivendicazione 10, in co-combustione con rifiuti non neutralizzati all'origine.