di  -  martedì 13 dicembre 2011

Riprendiamo l’argomento iniziato la scorsa settimana continuando a parlare di Gassificazione, in particolare descrivendone il meccanismo in maniera più rigorosa ed andando successivamente ad analizzare le sue applicazioni.

GASSIFICAZIONE – IL PROCESSO

La gassificazione segue un processo articolato in diverse reazioni, le quali si sviluppano secondo il seguente schema:

  • Reazione di combustione: C + O2  CO2
  • Reazione di ossidazione parziale: C + ½O2  CO
  • Reazione di Reforming del carbone: C + H2O(g)  CO + H2
  • Reazione di Boudouard: C + CO2  2CO
  • Reazione di Metanizzazione:  C + 2H2  CH4
  • Reazione di Water/Gas Shift: CO + H2O(g)  CO2 + H2

La qualità del gas prodotto è strettamente legata alle condizioni termochimiche del processo, e risente pertanto in maniera sensibile dell’impiego come agente ossidante di ossigeno puro piuttosto che di aria, oppure di vapore (processo di Reforming).

Nel caso di impiego di aria si ottiene un gas di basso rango, caratterizzato da un potere calorifico piuttosto contenuto e dell’ordine dei 5.5 ÷ 7.5 MJ/Nm3, utilizzabile principalmente in caldaie per il riscaldamento, motori per la produzione di energia elettrica ed applicazioni simili.

L’impiego di ossigeno puro permette invece di ottenere quello che è il vero gas di sintesi o Syngas, caratterizzato da un elevato potere calorifico (dell’ordine di 11 MJ/Nm3, valore che ne permette un suo impiego diretto come combustibile in applicazioni più rilevanti, oppure un suo impiego come base per la produzione di prodotti chimici.

L’impiego di vapore permette invece di ottenere un gas ricco di idrogeno, utile per tutte quelle applicazioni dove tale prodotto risulta necessario per ulteriori impieghi, come ad esempio per l’uso in celle a combustibile.

Uno schema generale di un gassificatore è il seguente:

TIPOLOGIE DEI GASSIFICATORI E LORO IMPIEGO

Se da un punto di vista concettuale un gassificatore può essere schematizzato in maniera semplice come un reattore dove avvengono le varie reazioni che ne caratterizzano il processo, nella realtà essi si differenziano in base ad alcuni parametri, in particolare si distinguono:

  • Gassificatori a letto fisso
  • Gassificatori a letto fluido
  • Gassificatori a letto trascinato

Nei gassificatori a letto fisso il combustibile viene posizionato in modo da costituire un letto che può venire attraversato dal comburente in direzione di equicorrente (configurazione down-draft), nel quale sia l’agente ossidante che il combustibile seguono un moto verso il basso oppure controcorrente (configurazione up-draft) nel quale l’agente ossidante sale verso l’alto mentre il combustibile scende verso il basso del reattore.

Gassificatore a letto fisso del tipo down-draft

Gassificatore a letto fisso del tipo up-draft

I gassificatori a letto fluido consistono invece in una sospensione del combustibile e del comburente in un letto di sabbia, mentre i gassificatori a letto trascinato operano impiegando reagenti nebulizzati ed ossigeno (od aria) in regime di equicorrente.

Gassificatore a letto fluido

Ciascuna configurazione presenta pregi e difetti che ne fanno preferire l’impiego in base alle caratteristiche del processo e del combustibile impiegato.

Analogamente al processo di pirolisi, la gassificazione intesa come processo ha lo scopo principale di produrre il gas di sintesi dal trattamento di materiali generalmente solidi, pertanto si presenta più come un processo preliminare o parte di un processo più completo piuttosto che di un processo fine a se stesso.

A tale riguardo è importante evidenziare come  un’importante applicazione dei gassificatori ne prevede l’impiego combinato con un Impianto Termoelettrico a Ciclo Combinato, andando a realizzare un impianto IGCC – Integrated Gasification Combined Cycle, nel quale è possibile utilizzare un combustibile non gassoso (come il carbone, oppure residui pesanti di raffineria, ecc.) altrimenti utilizzabile in Impianti Termoelettrici a Vapore e produrre attraverso la gassificazione il Syngas che andrà poi ad alimentare l’impianto a ciclo combinato vero e proprio, permettendo di ottenere una conversione più efficiente dell’energia chimica in energia elettrica grazie all’elevata efficienza conseguibile con gli impianti a ciclo combinato.

Anche per oggi è tutto, l’appuntamento è per la settimana prossima, sempre su AppuntiDigitali, sempre con la rubrica Energia e Futuro.

8 Commenti »

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  • # 1
    paolo
     scrive: 

    Ehmm..la prima formula sembra ciccata….
    Va bene per il principio di conservazione della massa, ma sembra non produca nesseun prodotto…

  • # 2
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ paolo

    Hai ragione… è un piccolo errore… ora ho corretto

  • # 3
    Carlo
     scrive: 

    Ciao, trovo molto interssante le discussione e se mi è consentito vorrei che tu mi illuminassi su di una cosa.
    Si parla sempre del gassificatore dicendo che esso non immette sostanze nell’atmosfera, ora io chiedo ( ed è questa la domanda ) di regola per innescare una qualsivoglia combustione occorre una fiamma che tra l’altro serve anche per consumare la biomassa immessa per ridurla in cenere , vorrei sapere come si accende un gassificatore e come funziona la sua combustione della biomassa immessa. Ti risngrazio e rinnovo i miei complimenti per il modo che spieghi le cose, ciao Carlo.

  • # 4
    Carlo
     scrive: 

    Non sono sicuro che la mia domanda sia stata inviata e allora la riformulerò.
    Vorrei sapere come avviene la combustione della biomassa in un gassificatore ,visto che esso è senza camino per i fumi, la biomassa brucia in eccesso d’aria e senza fiamma ? come si fa ad innescare detta combustione ?
    Grazie e complimenti per come spieghi le cose , ciao Carlo.

  • # 5
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ Carlo

    A prescindere dal combustibile impiegato, il processo è sempre lo stesso (cambiano alcune caratteristiche dell’impianto ma non il suo principio), ciò che avviene nel gassificatore è una combustione parziale a causa della ridotta disponibilità di ossigeno, tale processo si innesca avviando l’impianto ad esempio con combustibili gassosi (limitatamente all’avvio)… per le condizioni presenti nel gassificatore si ha la serie di reazioni chimiche sopraesposte, che però non è “una sequenza di step” per ogni molecola, il carbonio che si ossida (anidride carbonica)completamente difficilmente si ridurrà (monossido di carbonio), e data la scarsità di ossigeno presente solo una parte si potrà ossidare in questo modo… sempre da quelle reazioni puoi notare come si produca del metano (CH4>/sub>), componente principale del Syngas e lo stesso monossido di carbonio che rappresenta anche esso un gas combustibile (sebbene pericoloso se liberato in atmosfera tal quale)… in pratica tale combustione in scarsità di ossigeno permette la rottura di certi legami chimici del combustibile e la sua trasformazione in un combustibile più semplice, il syngas per via prevalentemente termica, tale calore necessario per rompere questi legami viene fornito dalla parziale combustione del combustibile introdotto nel gassificatore, mentre il prodotto di questo processo, ovvero la miscela di gas eterogenei che compone il Syngas viene recuperato dallo scarico gassoso del gassificatore ed utilizzato come combustibile per altri impianti, integrati o meno con il gassificatore.
    Se hai avuto modo di leggere i precedenti post sulla pirolisi troverai molte analogie tra i due impianti e magari il processo potrà essere più chiaro… spero di averti comunque chiarito i dubbi

  • # 6
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ Carlo

    Mi sono accorto di due errori… il >/sub> è il tag che stavo mettendo per mettere il 4 come pedice, ma ho sbagliato digitando, inoltre nella frase:

    la sua trasformazione in un combustibile più semplice, il syngas per via prevalentemente termica

    manca la virgola dopo la parola Syngas, altrimenti sembra che la frase sia spezzata

  • # 7
    Carlo
     scrive: 

    Ti ringrazio sei stato chiarissimo … x ora grazie e .. alle prossime domande che ti porrò cercherò di metterti nei panni di un tecnico che deve collaudare ,con il cliente d’avanti l’impianto a syngas.
    Naturalmente le domande saranno molto meno scientifiche ma più pratiche , questo se per te può andare , ciao Carlo.

  • # 8
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ Carlo

    Piuttosto spero di poterti rispondere… sono ingegnere e non tecnico, pertanto certi problemi tecnici specifici, purtroppo, non li conosco (anche se la passione subentra spesso a compensare)

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