FLASH PIROLISI: PROCESSO PIROLITICO VELOCE, A BASSA TEMPERATURA ED A BASSO IMPATTO AMBIENTALE - Brevetto IT WO2019030689A1 14/02/2019
Nei sistemi pirolitici industriali tradizionali il riscaldamento viene effettuato bruciando una parte di materiale, con un processo fortemente esotermico, nel corso del quale si raggiungono temperature superiori a 1000 °C; Nel seguente modo:
- si istaura un processo iniziale di gassificazione che comporta la formazione di composti tossici;
- si istaura nel sistema un flusso di gas inerte caldo, generalmente N2, che tende a diluire il syngas e a ridurne il potere calorifero;
- aumenta il rischio di produzione di diossina che si forma nelle condizioni di presenza di ossigenocloro e temperature di 600-1400 °C.
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Schemi degli impianti
La pirolisi veloce (flash) si realizza micronizzando il materiale in modo che esso raggiunga la temperatura di lavoro (450 °C) in frazioni di secondo. Nell’intercapedine del reattore circolano fumi di combustione del motore a gas a 520-550 °C, i quali cedono energia termica e mantengono la temperatura interna del sistema a 500 °C; in alternativa, o ad integrazione, possono circolare i fumi di combustione del TAR provenienti dall’unità di produzione vapore surriscaldato. Questa fase, se realizzata in tempi lunghi, può far prevalere reazioni secondarie a forte impatto ambientale, con la produzione di gas tossici e polimeri del carbonio (char). La reazione avviene in un reattore tubolare fisso (plug flow) attraversato da un flusso di biomassa micronizzata. Lungo l'asse del reattore, e in ogni sezione di esso, si stabilirà, a regime stazionario, una condizione "pirolitica". Il riscaldamento della biomassa micronizzata a 450 °C avverrà mediante ricircolo del syngas, miscelato a vapore surriscaldato; l’energia solare, concentrata da un paraboloide, viene scissa in due frazioni a lunghezza d’onda IR e UV: la frazione IR sarà utilizzata per surriscaldare il vapore, mentre la frazione UV, unitamente a microonde (MW) generate in un magnetron alimentato dall’energia elettrica prodotta da un generatore collegato ad un motore a combustione interna alimentato da syngas depurato, saranno utilizzate nelle zone ad alta reattività (zona di riscaldamento e zona ingresso materiale).
Il processo è continuo; le biomasse sono disidratate con vapore surriscaldato e micronizzate prima dell'ingresso nel reattore.
Nella dissociazione termica del materiale si generano stadi intermedi di complessi “attivati” che evolvono verso i prodotti finali. Questi stati intermedi condizionano la velocità di reazione e la direzione del processo.
In questa ipotesi di lavoro, l’apporto di energia esterna, fornita da UV ed MV al sistema, interviene sul complesso attivato, accelerando le reazioni e portando il sistema verso prodotti finali che, sostanzialmente, risultano di composizione diversa rispetto a quella che dovrebbero avere per l’azione dei soli catalizzatori.
Nell’impianto sono individuate due zone in cui possono esserci specie chimiche nello stato di transizione e molecole polari attive; in queste zone sarà indirizzata energia da fonti UV e MW: una zona di ingresso al reattore pirolitico nella quale le molecole complesse (proteine, polisaccaridi, etc.) si dissociano per effetto del veloce riscaldamento, nonché una zona nella sezione di riscaldamento del reattore pirolitico in cui si crea una forte turbolenza e un notevole gradiente termico; questo porta a un riarrangiamento molecolare delle specie chimiche provenienti dalla scissione pirolitica, in particolare la zona corrispondente alla gola dell’eiettore.
Applicazione industriale
Il procedimento industriale si applica a matrici micronizzabili: frazione umida dei rifiuti; fanghi di depurazione; scarti dell’industria alimentare; legno; materiali o rifiuti organici che hanno un potere calorifico inferiore che sia maggiore di 3000 kcal/kg allo stato secco.
L’invenzione è di notevole interesse commerciale per ditte che realizzano impianti di digestione anaerobica, di pirolisi e di gassificazione. Particolarmente interessati sono anche gli Enti Pubblici di gestione dei rifiuti e di depurazione delle acque reflue che hanno, rispettivamente, frazione organica e fanghi da smaltire. Dai risultati che si otterranno in scala pilota, in massimo due anni, si realizzeranno modifiche che porteranno a una versione definitiva. Un impianto industriale richiederebbe investimenti considerevoli ma inferiori a quelli realizzati con attuali tecnologie e certamente remunerativi.
Miglioramenti e vantaggi rispetto alle tecnologie attuali o alternative:
- pirolisi veloce con gassificazione più spinta e riduzione di char, tar e diossina;
- processo continuo;
- aumento della cinetica del processo attraverso anche l’induzione di fotocatalisi (energia UV e MW);
- aumento della frazione di idrogeno nel syngas attraverso l’induzione dei processi di reforming nella zona di riscaldamento;
- aumento del potere calorifico del syngas;
- aumento dell’energia resa per unità di energia in ingresso (Ho/Hi >1); si può affermare che l’entalpia del Syngas sia uguale o superiore all’entalpia entrante, in quanto le reazioni endotermiche attivate nel sistema (es: CO+H2O = CO2+H2) immagazzinano energia termica esterna al sistema sotto forma di energia chimica.
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