Descrizione impiantistica sezione di produzione e raffinazione CSS

L’i pia to di produzione e raffinazione CSS è composto dalle seguenti sezioni impiantistiche:

▪ Tramoggia di carico e nastro di trasporto e pesatore, deferrizzatore;

▪ Raffinatore CSS;

▪ Nastro di trasporto, deferrizzatore;

▪ Nastro di trasporto per separazione balistica.

Le linee di produzione e raffinazione del CSS sono state dotata di appositi moduli per la produzione e raffinazione del rifiuto solido i e t ata all’i pia to, otte endo quindi un CSS di classe superiore con un elevata omogeneità, separando il materiale di scarto a basso potere calorifico e i metalli ancora presenti sfuggiti alle precedenti lavorazioni. La raffinazione del CSS inoltre abbassa i valori di cloro e mercurio nel successivo CSS prodotto. Il recupero di materie plasti he o se te all’i pia to g a de flessi ilità

ell’utilizzo e possi ilità di otte e e p odotti o la iglio e lassifi azio e e e geti a.

La te ologia p oposta, i a o do o le i hieste del lie te, po e l’atte zio e alla p oduzio e di combustibile solido secondario (CSS) di alta qualità utilizzato per il recupero di energia rispondente alle specifiche ed alla classificazione fornite dalla UNI EN 15359: 2011.

Questo processo è garantito dalla possibilità che offre la tecnologia di sottrarre da un lato i polimeri a basso potere calorifico e he o t i uis o o all’i alza e to dei valo i di lo o e e u io e dall’alt o di

14 miscelare materiali a più alto potere calorifico in modo da poter regolare i parametri caratteristici del CSS prodotto.

La tramoggia di carico, dotata di nastro estrattore con velocità variabile gestita dal sistema di supervisione, provvede ad alimentare il successivo sistema di trasporto composto da un nastro trasportatore-pesatore dotato di un sistema di pesatura in continuo (il cui segnale è utilizzato per la regolazione della portata in uscita dal nastro estrattore a palette) e di deferrizzatore per il recupero del materiale ferroso che viene stoccato in un cassone. Il nastro trasportatore alimenta il raffinatore, il quale è composto principalmente da un rotore di frantumazione combinato con due controlame per una massima efficienza di taglio e conseguente elevata omogeneità dimensionale del materiale ottenuto.

Il materiale in uscita dal raffinatore, CSS, viene scaricato su un nastro dotato di deferrizzatore per il recupero del materiale ferroso che viene stoccato in un cassone. Successivamente il CSS raffinato viene scaricato su un nastro di trasporto a velocità elevata per la separazione balistica del materiale di scarto a basso potere calorifico, in modo da aumentare la qualità del CSS trattato.

U a pa te del CSS i us ita dall’i pia to di produzione e raffinamento viene inviata alla sezione di coincenerimento dove viene miscelato con i fanghi essiccati in uscita dalla linea 2. La restante parte del CSS raffinato viene inviata alla sezione di pressatura e fasciatura dove il CSS viene pressato e imballato.

Il materiale in uscita dalla pressa, che compatta il materiale riducendo gli spazi vuoti, viene inviato alla filmatrice. Quest’ulti a u a spe ifi a appa e hiatu a he o se te la fas iatu a auto ati a o fil plasti o di alle di ifiuti C““ . L’uso di uesta a hi a vie e i t odotto ell’i allaggio di p odotti sfusi di piccola pezzatura, al fine di evitare dispersioni di ate iale ell’a ie te i osta te, fa ilita do il trasporto e proteggendo la balla in caso di esposizione ad agenti atmosferici.

Tale fasciatura rende possibile lo stoccaggio in aree aperte evitando tutti i problemi connessi allo stoccaggio dei rifiuti, rendendo possibile lo stoccaggio in aree aperte. Fasciando i blocchi di rifiuto, questi possono

15 3.4. Descrizione della LINEA 2- Impianto di essiccazione fanghi (Operazione D9-D15-R3-R13)

Nella piattaforma impiantistica, intesa come l’i sie e di tutti gli i pia ti, vengono effettuate le seguenti operazioni di s alti e to e e upe o di ui dall’allegato B e C, della parte IV, del D.Lgs. 152/06:

▪ D9, Trattamento fisico-chimico non specificato altrove nel presente allegato, che dia origine a composti o a miscugli eliminati secondo uno dei procedimenti elencati nei punti da D1 a D12 (ad esempio evaporazione, essiccazione, calcinazione, ecc);

▪ D15, Deposito preliminare prima di uno delle operazioni di cui ai punti da D1 a D14 (escluso il deposito temporaneo, prima della raccolta, nel luogo in cui sono prodotti).

e e upe o p eviste dall’allegato C Di e e . :

▪ R3, Riciclaggio/recupero delle sostanze organiche non utilizzate come solventi;

▪ R13, Messa in riserva di rifiuti per sottoporli a una delle operazioni indicate nei punti da R1 a R12.

Figura - Schema di processo impianto di essiccazione fanghi

3.4.1. Impianto di essiccazione fanghi

3.4.1.1. Descrizione del rifiuto trattato

Nell’i pia to di essiccazione fanghi saranno trattati fanghi non pericolosi.

L’i pia to di essiccazione fanghi è costituito da due linee ciascuna, ogni linea è dimensionata per trattare un quantitativo di circa 2 Mg/h ognuno, l’i pia to fu zio e à pe o e al gio o e per 330

16 gio i l’a o, ui di u totale .8 Mg/a o pe li ea. Le due linee di essiccazione fanghi trattano un quantitativo complessivo di 4 Mg/h per un totale (24 ore al giorno e pe gio i l’a o) di 31.680 Mg/anno.

3.4.1.2. Descrizione ge e ale dell’i pia to di essiccazione fanghi

L’i pia to di t atta e to i esa e ostituito dalle segue ti sezio i i pia tisti he:

▪ Sezione di essiccazione

I fanghi non pericolosi da trattare sono stoccati in una vasca in calcestruzzo armato opportunamente i pe ea ilizzata all’i te o del capannone e provengono da conto terzi conferiti alla piattaforma.

Di seguito saranno descritte le sezioni impiantistiche.

3.4.1.2.1. Descrizione impiantistica impianto di essiccazione fanghi

Il fango umido viene stoccato in una vasca in calcestruzzo opportunamente impermeabilizzata e successivamente caricato, tramite una benna a polipo, su una tramoggia dotata di coclea che scarica direttamente nell'essiccatoio.

Il fango viene quindi scaricato sui tappeti di essiccazione, che trasportano la massa da essiccare, questi sono formati da una se ie di p ofilati fo ati e essa i pe il passaggio dell’a ia , t ai ati da ate e late ali.

La velocità dei tappeti è regolabile automaticamente tramite inverter posti nel quadro elettrico di comando.

Nel i lo auto ati o, il o t ollo dell’u idità del p odotto i us ita dall’essi atoio viene gestito tramite un di controllo umidità. Le sonde di rilievo temperature, poste nel mezzo dei due tappeti di essiccazione, trasmettono i dati rilevati al PLC di comando il quale, elaborandoli automaticamente e continuamente, effettua la variazione della velocità dei tappeti di essiccazione e dell’ali e tato e di a i o, a te e do

osta te l’u idità del p odotto i us ita dall’essi atoio.

Gli eventuali corpuscoli pesanti filtrati sotto i tappeti di essiccazione sono raccolti dai tappeti di pulizia che as hia do sul pavi e to di appoggio dell’essi atoio li convogliano in una coclea che estrae lateralmente.

Il fango essiccato vie e i fi e s a i ato t a ite due o lee all’i te o di u a vas a i al est uzzo impermeabilizzata, che funge anche da stoccaggio del materiale in ingresso da inviare al coincenerimento.

17 CICLO DELL'ARIA:

La circolazione dell'aria viene attuata mediante l'utilizzo di ventilatori assiali posti all'ingresso della camera di essiccazione e ventilatori centrifughi posti all'uscita.

L'aria viene aspirata dal capannone e dalle vasche di stoccaggio del fango in ingresso e la convoglia allo scambiatore di calore dove viene riscaldata e successivamente insufflata nella camera sottostante il tappeto inferiore di essiccazione in modo da attraversare il prodotto umido da essiccare posto sul tappeto stesso, per poi essere recuperata ed aspirata attraverso il tappeto superiore in modo da ottenere il massimo sfruttamento della temperatura.

Il se o do ve tilato e aspi a tutta l’a ia satu a di u idità he vie e i viata al sistema di trattamento fumane, dettagliatamente descritto in seguito.

18 3.5. Descrizione della LINEA 3 - Impianto di coincenerimento (Operazione R1-R11).

Nella piattaforma impiantistica, intesa come l’i sie e di tutti gli i pia ti, vengono effettuate le seguenti operazioni di e upe o di ui dall’allegato C, parte IV, del D.Lgs. 152/06:

▪ R1, Utilizzazione principalmente come combustibile o come altro mezzo per produrre energia;

▪ R11, Utilizzazione di rifiuti ottenuti da una delle operazioni indicate da R1 a R10.

L’i pia to di t atta e to chimico-fisico rifiuti solidi pericolosi e non pericolosi, è composto dalle seguenti sezioni impiantistiche:

▪ Sezione di gassificazione;

▪ Recupero energia termica e produzione energia elettrica;

che verranno di seguito descritte dettagliatamente.

Figura - Schema di processo impianto di coincenerimento

3.5.1. Descrizione del rifiuto trattato

Nell’i pia to di coincenerimento saranno trattati rifiuti i fanghi essiccati dalla linea 2 e una parte del CSS raffinato proveniente dalla linea 3, opportunamente miscelati dalla benna a polipo utilizzata anche come sistema di alimentazione.

La sezione di coincenerimento verrà dimensionata per trattare un quantitativo complessivo di circa 2,43 Mg/h, l’i pia to fu zio e à pe 24 ore al giorno e per 330 gio i l’a o, ui di u totale 19.230 Mg/anno (10.534 Mg/anno di fanghi essiccati e 8.696 Mg/anno di CSS raffinato).

19 3.5.1.1. Descrizione generale dell’i pia to di coincenerimento

L’i pia to i esa e ostituito dalle segue ti sezio i i pia tisti he:

▪ Sezione di gassificazione

▪ Post-combustore

▪ Recupero energia termica e produzione energia elettrica

▪ Raffreddatori a secco

Il rifiuti solidi, CSS e fanghi essiccati provenienti rispettivamente dalla linea 1 e dalla linea 2, utilizzati come combustibili, sono stoccati in una vasca in calcestruzzo impermeabilizzata e opportunamente miscelati dalla benna a polipo utilizzata a he o e siste a di ali e tazio e dell’i pia to di gassifi azio e.

Di seguito saranno descritte le sezioni impiantistiche.

3.5.1.1.1. Scelta tecnologica

Il cuore della piattaforma è rappresentato dalla sezione di valorizzazione energetica del fango essiccato e CSS tramite un impianto di gassificazione.

Il processo di gassificazione può essere definito come la conversione termochimica di un combustibile solido o liquido in un gas, attuata mediante la presenza di un agente gassificante (aria/ossigeno e/o acqua/vapore) conducendo ad una sua parziale combustione. Il processo di degradazione termica avviene a temperature elevate, la miscela gassosa risultante costituisce il fluido che viene definito gas di sintesi sy gas . Quest’ulti o può esse e u iato direttamente o convertito in combustibile sintetico oppure utilizzato per produrre metanolo o idrogeno. Oltre al produrre syngas si otterranno materiali di scarto sotto forma di ceneri con dei residui di processo chiamati char e tar. La composizione ed il potere calorifico del sy gas p ove ie te dalla gassifi azio e va ia a se o da dell’age te gassifi a te i piegato, della tipologia di materiale in ingresso e del tipo di tecnologia di gassificazione utilizzata.

I vantaggi della gassificazione sono diversi:

▪ Versatilità rispetto alle caratteristiche del materiale in ingresso: con la tecnologia della gassificazione è possibile recuperare energia da ogni materiale a base di carbonio;

▪ Sostenibilità energetica del processo globale: le reazioni, anche complesse, che avvengono durante il processo di gassificazione con aria, producono sufficiente calore da autoalimentare tutto il p o esso, evita do osì l’appo to di e e gia p i a ia dall’este o ad es. eta o, gasolio, ecc.).

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▪ Ridotto impatto ambientale e di emissioni aeriformi: in questa tecnologia non è il combustibile solido ad essere bruciato, come nelle tecnologie tradizionali di incenerimento, ma con essa viene estratto un gas (syngas) che rappresenta il vero combustibile. Essendo quindi la combustione di un combustibile gassoso, si realizzano tutti i vantaggi in termini di facilità di gestione del processo, ridotti volumi complessivi e di aria necessaria, emissioni di inquinanti molto ridotte rispetto alle tecnologie tradizionali.

▪ Miglioramento del rendimento di conversione grazie alla conversione di un combustibile solido in uno gassoso.

3.5.1.1.2. Descrizione impiantistica impianto di coincenerimento

La piattaforma impiantistica di recupero energetico da fanghi essiccati e CSS è suddivisa nelle seguenti sezioni:

1. Sezione di carico e alimentazione fanghi essiccati e CSS 2. Sezione di gassificazione e ossidazione syngas

3. Sezione di post-combustione 4. Sezione di recupero energetico 5. Raffreddatori a secco

6. A ia utilizzata dall’i pia to di coincenerimento

1. Sezione di carico e alimentazione

Il sistema di carico e alimentazione del combustibile, fanghi essiccati e CSS, dovrà essere tale da assicurare un flusso costante, controllabile e continuo al gassificatore.

Questo consiste in una benna a polipo che miscela e preleva il combustibile da una vasca in calcestruzzo armato opportunatamente impermeabilizzata. Successivamente il combustibile viene scaricato in una tramoggia dotata di una coclea di alimentazione che alimenta il gassificatore.

2. Sezione di gassificazione e ossidazione syngas Processo di gassificazione

Il p o esso di gassifi azio e u o dei iglio i e più effi ie ti etodi pe e upe a e l’e e gia o te uta i u ’a pia va ietà di ate iali utilizza ili o e o usti ile. La gassifi azio e i p ati a o ve te l’e e gia chimica contenuta nel combustibile in energia termica utilizzabile per produrre energia elettrica, per il riscaldamento civile ed industriale mediante teleriscaldamento e per gli usi interni, annullando di fatto gli apporti esterni di energia primaria necessaria all’attività i dust iale.

21 I substrati utilizzabili nel processo di gassificazione possono essere tutti i materiali contenenti una matrice a base di carbonio.

La caratteristica principale di tale tecnologia è che il combustibile, ovvero il materiale che viene effettivamente bruciato per ricavarne energia, non è quello solido in ingresso, come avviene invece negli impianti tradizionali di incenerimento, ma è un gas estratto dalla stessa materia solida. Questa è la profonda differenza tra la gassificazione e i processi tradizionali di incenerimento.

Il materiale solido utilizzato subisce, infatti, una serie di reazioni complesse, in assenza di aria, alla fine delle quali si sviluppa un gas ricco di idrogeno, chiamato gas di sintesi o syngas. Sarà questo gas estratto dal

ate iale solido il ve o o usti ile da ui si e upe e à l’e e gia te i a.

Alla fine del processo di gassificazione si otterrà un residuo solido non pericoloso, da cui sarà stata estratta tutta la parte con contenuto energetico. La quantità di tale residuo rappresenta circa il 20 % del materiale in ingresso.

La gassificazione termochimica è una tecnologia di conversione in cui il materiale organico reagisce con l'ossigeno per produrre principalmente monossido di carbonio (CO) ed idrogeno (H2). Il principio di funzionamento di questa tecnologia non è molto differente dalla combustione, dove il materiale organico reagisce anche in questo caso con l'ossigeno, sebbene i prodotti principali di reazione siano anidride carbonica (CO2) ed acqua (H2O . L’avere condizione di gassificazione o di combustione dipende dal rapporto aria combustibile scelto.

Pe ese pio, se assu ia o he la io assa a ia fo ula CHαOβ, possia o app ese ta e la gassificazione e la combustione rispettivamente:

Dalle entalpie di reazione, si nota una seconda differenza fra i due processi. La combustione è basilarmente una tecnologia di conversione di energia chimica di una sostanza in calore, mentre la gassificazione converte un vettore solido di energia chimica in un vettore gassoso di energia chimica. Il gas ottenuto dalla gassificazione può essere bruciato a sua volta, producendo la liberazione dell'energia chimica del gas sotto forma di calore.

22 Come agenti di gassificazione possono essere usati sia l'aria, sia l'ossigeno, sia il vapore, nel nostro caso viene usata aria come agente gassificante.

La gassificazione ha buone prestazioni su rifiuti omogenei a matrice organica e come nel caso in esame su una miscela di fanghi essiccati e CSS.

Nei processi chimici di gassificazione si individuano tre fasi distinte di reazione:

• pirolisi (FP)

• combustione

• riduzione del carbonio (CR).

La reazione di combustione nella zona FP è molto più veloce rispetto a quella di gassificazione nella zona CR, il che implica che la velocità globale di gassificazione della biomassa sia controllata dalla cinetica in CR.

La biomassa entra nella zona FP ad alta temperatura, dove è convertita in char (si tratta di un agglomerato di natura piuttosto complessa costituito principalmente da carbonio, ceneri, composti sulfurei e idrocarburi volatili, originato dalla pirolisi delle biomasse e/o dalla loro parziale combustione) e volatili.

La gassificazione del char avviene attraverso la successione di cinque passi:

1) diffusione dei reagenti attraverso il film stagnante che circonda la particella, fino alla superficie esterna della stessa;

2) diffusione del gas attraverso i pori verso il centro della particella;

3) adsorbimento, reazioni superficiali e desorbimento sulle pareti dei pori e/o sulla superficie esterna;

4) diffusione dei prodotti fuori dai pori;

5) diffusione dei prodotti attraverso il film stagnante verso l'ambiente gassoso di reazione.

Uno sugli altri, più di uno o addirittura tutti questi passi possono risultare determinanti nel processo di gassificazione, dipendentemente dalle condizioni di temperatura, pressione, composizione del gas e grado di avanzamento delle reazioni.

La combustione ha inizio quando i composti volatili reagiscono con l'ossidante. Il processo di pirolisi-combustione nella zona FP è dominato da reazioni esotermiche, i cui prodotti sono sostanzialmente C, CO2, H2O; in questa zona parte dei volatili sono crackizzati in CH4.

I prodotti uscenti così dalla zona FP vanno nella zona CR, dove dominano le reazioni endotermiche: il calore prodotto dai processi di pirolisi-combustione è qui trasformato in energia chimica dei prodotti di gassificazione, quali H2 e CO. Per la continuità, la concentrazione dei prodotti uscenti dalla zona FP dovrà uguagliare la concentrazione iniziale dei reagenti nella zona CR.

23 Evidentemente qui all' inizio la concentrazione di H2 e di CO sarà nulla, o perlomeno è possibile assumerla tale in prima approssimazione (in realtà non è così, soprattutto riguardo al CO che in genere si forma come incombusto durante la fase di combustione).

Fisicamente ciò può essere giustificabile dal fatto che, in pirolisi, si creano le condizioni termodinamiche e cinetiche affinché possa svilupparsi in maniera non trascurabile la reazione C + 2H2 = CH4 tra parte del carbonio e dell'idrogeno presenti nella biomassa; inoltre, un po' di metano è quasi certamente prodotto anche per cracking termico degli idrocarburi pesanti contenuti inizialmente nel combustibile.

Nella zona di riduzione del carbonio (CR) vige una temperatura variabile tra i 700°C e i

900°C: a temperature inferiori ai 900°C, il trasferimento di massa e la diffusione dei reagenti attraverso i pori delle particelle di carbonio sono processi più veloci rispetto alla reazione chimica, ne consegue che è la cinetica di quest'ultima il fattore di controllo della rapidità del processo globale di formazione del gas combustibile.

Nella zona CR avvengono le seguenti reazioni:

Il gassificatore

Il processo sopra descritto avviene in una macchina, molto compatta, chiamata gassificatore. La tecnologia, basata su sistemi di movimentazione orizzontale, permette la costruzione di impianti anche di notevole dimensione in spazi relativamente piccoli e a ridotto sviluppo verticale.

I esso vie e e upe ata tutta l’e e gia o te uta el ateriale in ingresso (fanghi essiccati e CSS nel caso specifico), e convertita in energia termica, mediante una serie di reazioni complesse molto differenti dalla o ustio e di etta i e e i e to , pe h o dotte i asse za o a e za d’a ia. Il p odotto ottenuto sa à u gas sy gas i o di id oge o, da ui si e upe e à effettiva e te l’e e gia te i a utilizza ile pe diversi scopi.

Nel gassificatore Il processo nel suo complesso avviene essenzialmente attraverso tre stadi: il primo è detto di pirolisi (figura sottostante riferimento (2)), il secondo di riduzione/gassificazione (figura sottostante riferimento (3)), il terzo di ossidazione/combustione (figura sottostante riferimento (4)). Il primo stadio di gassificazione (pirolisi) è un processo di decomposizione termochimica del combustibile ottenuto mediante l’appo to di alo e, a te pe atu e o p ese t a ÷ °C, i o pleta asse za di u age te ossida te. E’

possi ile ide tifi a e uesto stadio elle p i e piast e del letto di eazio e. Il se o do stadio della

24 gassificazione, e cioè la riduzione, comprende un gran numero di reazioni, sia esotermiche che endotermiche, che hanno luogo generalmente in una zona denominata letto di riduzione in cui è presente carbonio solido che reagisce con i prodotti della pirolisi, tale stadio rappresenta la gassificazione vera e p op ia ed ide tifi a ile elle piast e i te edie del letto di gassifi azio e. Il p i o ed il se o do stadio producono, oltre al syngas, dei residui di reazione solidi (char) e liquidi (tar). Il terzo stadio del processo è un ossidazione/combustione parziale dei prodotti solidi e liquidi della piro-gassificazione, char e tar. In questa fase, infatti, una parte delle sostanze carboniose prodotte nel primo e nel secondo stadio e parte del ate iale i i g esso so o u iati i sie e o e esso d’a ia, ispetto alla o dizio e ste hio et i a, con l'unico scopo di fornire il calore necessario alle reazioni endotermiche di piro-gassificazione.

Quest’ulti o stadio si ide tifi a i p ossi ità delle ulti e piast e . Il ife i e to del pe o so he segue il ate iale f e e pie e e il sy gas f e e t atteggiate a h’esso ipo tato sulla figu a sottostante.

Al fine di innescare il processo di gassificazione, la temperatura interna del reattore deve essere portata a

Al fine di innescare il processo di gassificazione, la temperatura interna del reattore deve essere portata a