Confronto tra pirolisi e impianto di incenerimento

Il procedimento di pirolisi proposto, si pone in netta competizione alla tecnologia di termo-distruzione (incenerimento).

L’incenerimento avviene in un apposito forno, generalmente del tipo a griglia mobile, appositamente progettato per bruciare il particolare “combustibile” caratterizzato da basso potere calorifico e da disomogeneità qualitativa e dimensionale.

La combustione diretta presenta indubbiamente una serie di vantaggi fra cui:

  • la riduzione fino al 90% e fino al 70% rispettivamente del volume e del peso iniziale
  • il materiale residuo risulta completamente sterile e stabilizzato
  • la possibilità di recupero di parte dell’energia contenuta

Tuttavia, nel confronto diretto col procedimento di pirolisi proposto sicuramente i suoi limiti risultano evidenti. I processi tradizionali di incenerimento sono esotermici e caratterizzati da temperature di combustione comprese in un ampio range (800÷1400°C).

A causa della variabilità della composizione merceologica dei materiali, la regolazione della temperatura nell’inceneritore è il risultato di continue modifiche delle portate in alimentazione e quindi risulta di difficile gestione: la conseguenza é un impianto frequentemente lontano dalle condizioni di funzionamento ottimali.

 Gli esperti hanno rivolto molte critiche agli inceneritori tradizionali contestando, oltre alla difficoltà di conduzione e di funzionamento, la possibilità che prodotti altamente inquinanti possano essere dispersi in atmosfera. La presenza di costosi e monumentali sistemi di abbattimento e depurazione fumi, oltre ad aumentare enormemente il valore dell’investimento e a far lievitare i costi di gestione e di manutenzione, non garantisce comunque la sicurezza ambientale.

IL CONFRONTO

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IMPATTO AMBIENTALE
Pirolisi: minimo impatto ambientale ed elevata affidabilità di esercizio. Impianti di abbattimento semplici ed affidabili.

Incenerimento: dubbia compatibilità ambientale (particolarmente in relazione alle emissioni microinquinanti) ed incerta affidabilità. Impianti di abbattimento caratterizzati da complicazione impiantistica e gestionale notevole, oltre che da costi  elevatissimi.

TRATTAMENTO GAS

Pirolisi: trattamento della corrente gassosa prima della sua combustione e quindi, non essendo ancora diluita dall’aria comburente, in quantità limitata. La pirolisi dei rifiuti produce un quantitativo di gas circa 10 volte inferiore a quello prodotto con la combustione.

Incenerimento: trattamento effluenti gassosi a valle della combustione e quindi su una corrente massiva importante (diluita dall’aria comburente). Per ottenere una combustione il più possibile completa, si opera con un eccesso d’aria pari a 1.5-2.5 volte la quantità stechiometrica necessaria.

PROCESSI TERMICI

Pirolisi: il processo di pirolisi, endotermico, viene condotto a temperature relativamente basse (prossime ai 500°C). Questo facilita il controllo della temperatura e quindi del processo, riduce drasticamente il quantitativo di effluenti gassosi, evita la formazione di prodotti indesiderati.

Incenerimento: processi esotermici ossidativi, caratterizzati da temperature di combustione superiori a1.000°C. Regolazione della temperatura di difficile gestione in quanto effettuabile soltanto attraverso la variazione della portata in alimentazione (elevata inerzia del sistema).

PROCESSI DI DEPURAZIONE

Pirolisi: l’operazione di depurazione della corrente gassosa è estremamente semplice in quanto il gas di pirolisi prodotto in ambiente riducente, e non ancora  combusto, è caratterizzato da molecole strutturalmente semplici ed assolutamente prive di composti organici clorurati (PCDD-PCDF). La distillazione in assenza di aria trasforma gli alogeni e lo zolfo, in composti acidi idrogenati che vengono abbattuti ed allontanati dalla corrente gassosa di pirolisi prima della sua combustione. Il ciclo evita, in ogni punto dell’impianto, la contemporaneità delle condizioni che portano alla formazione delle diossine, risolvendo il grave problema del microinquinamento organico.

Incenerimento: complicazioni nel controllo della formazione dei PCDD-PCDF: le difficoltà sorgono sia in fase di progettazione che in quella di gestione della combustione e fanno sorgere dubbi circa l’affidabilità del sistema nei confronti dei microinquinanti organo- clorurati. Difficoltà a contrastare i fenomeni di riformazione di PCDD-PCDF.

TRATTAMENTO REFLUI

Pirolisi: Sezione di trattamento acque a recupero con ovvi benefici economici.

Incenerimento: Necessità di un’importante sezione per il trattamento dei reflui liquidi, con tutte le problematiche.

TRATTAMENTO DEL C
Pirolisi: parziale gassificazione del C, il resto rimane nel residuo come carbone mescolato ai componenti inorganici.

Incenerimento: ossidazione completa di tutto il C contenuto nel rifiuto a CO2 e conseguente sua dispersione in atmosfera con possibilità di variazioni microclimatiche locali.

POLVERI E PARTICOLATO

Pirolisi: la bassa temperatura e la pratica assenza di movimenti convettivi all’interno del reattore  evitano il trascinamento di particolato.

Incenerimento: presenza importante di polveri e particolato nei fumi, a causa del movimento dei rifiuti sulla griglia e del notevole eccesso d’aria.

COMBUSTIONE

Pirolisi: facile gestione della combustione legata alla tipologia del combustibile (gas di pirolisi in fase aeriforme).

Incenerimento: combustione diretta di un prodotto eterogeneo, con formazione di svariati prodotti di combustione caratterizzati da molecole complesse e presenza di incombusti.

GESTIONE DEI METALLI

Pirolisi: recupero completo dei metalli in forma non ossidata.

Incenerimento: perdita nelle scorie dei metalli con basso  punto di fusione (alluminio) e diminuzione di valore dei rottami ferrosi a causa dell’ossidazione.

RECUPERO ENERGETICO

Pirolisi: la componente carboniosa, residuo della pirolisi delle componenti organiche, trova facile utilizzo come combustibile (PCI~5200 kcal/kg) rendendo flessibile il recupero energetico.

Incenerimento: sistema di recupero energetico rigido, con produzione di energia elettrica in loco e consumo di combustibile ausiliario nel postcombustore.

TEMPERATURA DI PROCESSO

Pirolisi: bassa temperatura di processo che favorisce la vita dei rivestimenti refrattari e degli organi meccanici. La natura e il quantitativo dei gas in circolo evita fenomeni di erosione e corrosione e riduce drasticamente i costi di manutenzione.

Incenerimento: elevate temperature di processo. Combustione diretta del rifiuto con formazione di composti aggressivi. Elevati costi di manutenzione.

SMALTIMENTO

Pirolisi: sistema di smaltimento pressoché universale, potendo essere applicato a varie categorie di materiali in ingresso.

Incenerimento: sensibilità delle griglie ai rifiuti caratterizzati da un elevato potere calorifico (gomme usate).

COSTI DI INVESTIMENTO

Pirolisi: costi d’investimento limitati.

Incenerimento: notevoli costi d’investimento.

COSTI DI GESTIONE

Pirolisi: bassi costi di gestione.

Incenerimento: costi gestionali su livelli medi.

IMPIANTISTICA

Pirolisi: semplicità impiantistica.

Incenerimento: impianti complessi, soprattutto nel trattamento fumi.

GESTIONE DEL PROCESSO

Pirolisi: semplicità di gestione del processo.

Incenerimento: gestione complessa del processo con il problema della qualificazione del personale di esercizio.

MANUTENZIONE

Pirolisi: affidabilità a lungo termine.

Incenerimento: necessità di continue manutenzioni.

SCALABILITÁ DELL'IMPIANTO

Pirolisi: possibilità di variare la scala dell’impianto in maniera modulare.

Incenerimento: rigidità di scala (impianti di grosse dimensioni).

TEMPI DI INSTALLAZIONE

Pirolisi: tempi di consegna, montaggio ed avviamento relativamente brevi.

Incenerimento: tempi elevati di realizzazione ed avviamento Impianti.

I grossi difetti dell’incenerimento che possono essere riassunti in incompleta combustione dei residui solidi, grossi volumi di fumi da trattare, emissioni pericolose in atmosfera, impossibilità di stoccare l’energia prodotta, perdita di valore delle componenti inorganiche, etc. pongono in evidenza le peculiarità del processo di pirolisi proposto. 

Impianti di pirolisi esistenti

Sono noti ed operativi moltissimi impianti di pirolisi con combustione dei gas ottenuti per produzione sia di energia termica che elettrica con motori endotermici.

È noto infatti che i motori endotermici presentano rendimenti di conversione circa doppi rispetto alle comuni e piccole turbine (a vapore, ORC, ecc.) e quindi assumono notevole interesse in relazione alla produzione incentivata di energia elettrica a partire da biomasse.

Negli ultimi anni si è operato non tanto nella fase di pirolisi quanto nella ricerca di sistemi sostenibili atti a purificare il syngas, completare il ciclo energetico, evitare emissioni   inquinanti, tale che attualmente il processo è completato da:

  • trattamento catalitico del syngas, con simultanea purificazione e formazione di altro gas di sintesi;
  • riutilizzo completo del biocombustibile liquido derivato dalla fase di condensazione del gas.

Tenuto conto di quanto sopra e del fatto che la pirolisi costituisce il cuore dell’intero sistema, si è in grado di fornire, nel settore della conversione energetica, una impiantistica semplice e soprattutto affidabile.

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