IMPIANTO DI PIROGASSIFICAZIONE

Nell'ambito dei processi di degradazione termica i combustibili possono subire diversi tipi di trasformazioni a seconda di come viene condotta la reazione di ossidazione.
Se il contenuto di ossigeno nel reattore è mantenuto su bassi livelli di concentrazione, all'interno della zona di reazione si verificano una successione di eventi che inducono alla formazione di specie chimiche che possono essere ancora sfruttate in motori appositamente preparati per convertire lavoro meccanico in energia elettrica e termica. Viene definita pirogassificazione poiché all'interno del forno si verificano le condizioni che promuovono sia le reazioni tipiche della pirolisi che quelle di gassificazione. Unendo i benefici dei vari equilibri energetici si riesce a condurre la degradazione della biomassa in modo da ottenere altre specie chimiche utili ad alimentare in modo pulito il motore connesso al generatore elettrico.

Dopo la fase di avviamento la produzione è costituita prevalentemente da un gas di sintesi definito in vari modi e contenente sostanzialmente CO; H2; idrocarburi leggeri (C1-C3); CO2, N2, H2O. Il residuo rimanente è costituito principalmente da carbone dolce ed altri solidi inerti.

Descrizione del processo

La biomassa (con il 15-20% di umidità massima in ingresso) ridotta in pezzatura 30/50 mm viene inviata nel reattore dalla parte alta del gassificatore ove vi è un gradiente di temperatura e la possibilità di aggiungere una miscela d'aria con un flusso regolabile. Questa quantità controllata di comburente ha lo scopo di innescare e condurre le reazioni d'ossidazione che forniscono l'energia sufficiente per il proseguo della dissociazione termica. Questo processo termico degradativo determinerà, a regime, una fase gassosa energetica, una solida mineralizzata ed una fase liquida anche se in quantità molto minori..

All’uscita del reattore di pirogassificazione, il gas prodotto ha ancora una temperatura relativamente elevata ed il suo contenuto entalpico dovrà essere abbassato per mezzo di uno scambiatore aria/fumi. Con l'ausilio di un ventilatore sufficientemente dimensionato ed una serie di condotte alettate, si porterà la temperatura di uscita dei gas intorno ai 80-65°C.
Il calore così sottratto potrà essere in parte utilizzato ad esempio per essiccare il serbatoio di stoccaggio della biomassa di alimentazione. Eventuali gas condensati e contenute quantità di tar, che si possono formare in questo processo di scambio termico, vengono raccolti in un recipiente di spurgo posizionato nei collettori di distribuzione dello scambiatore. La destinazione di questi condensati può comprendere un semplice stoccaggio o lo smaltimento.
Altre eventuali impurezze ulteriormente trascinate al successivo stadio, subiranno uno stadio di purificazione in una torre di lavaggio. I gas raffreddati, infatti, ma con residui di impurezze, vengono introdotti e lavati con acqua basica a pH 8-10 (basico per NaHCO3, NaOH, CaO, DEA, altri ancora in base alla disponibilità) in uno scrubber dotato di elementi di riempimento per aumentare la superficie di scambio e provvisto della circolazione del liquido di lavaggio per mezzo di una pompa.

La soluzione di lavaggio raccolta nel serbatoio sottostante, provvede anche ad abbattere gli ultimi residui di particolato trascinato dai gas e poiché nel tempo si arricchisce di inquinanti; sarà necessario provvedere al trattamento periodico del refluo od ad organizzare il conferimento. Infine il gas raffreddato e purificato nelle modalità appena descritte, passerà ancora in un ulteriore unità di deumidificazione ad alta capacità assorbente per rendere ottimale la miscela combustibile al motore endogeno.

I processi vengono controllati nelle varie parti con termocoppie, trasduttori di pressione, misuratori di flusso ed un analizzatore di gas per rivelare la percentuale di CO o di altri gas se necessario (CH4, CO2, O2, H2, ecc.).

Descrizione dell’impianto

L’impianto di pirogassificazione è un assemblato di macchinari e reattori collegati tra loro in modo da realizzare l’obiettivo prefissato.

Il cuore dell’impianto è la camera calda del reattore dove si verificano le reazioni principali ed è costituito da 2 camere cilindriche concentriche fra loro: una interna di acciaio ad alta resistenza in cui si verificano le reazioni descritte ed una esterna, che permette di convogliare i gas di sintesi al sistema di raffreddamento ed ai successivi processi. Il cilindro esterno sarà anche rivestito esternamente da pannelli refrattari di sufficiente spessore per permettere un sufficiente isolamento termico.
Il reattore è anche dotato di valvola di sicurezza sulla parte superiore e di guardia idraulica per lo scarico sul fondo. Inoltre per facilitare le operazioni di spegnimento, è possibile immettere nel sistema un flusso di azoto, le cui bombole saranno stoccate a bordo impianto.

Le successive sezioni dell'impianto hanno lo scopo di raffreddare e purificare la miscela gassosa ottenuta nel reattore e sono:

• Scambiatore aria/fumi dotato di collettore di raccolta condensa al fondo, tubi alettati e ventola sufficientemente dimensionata
• Torre di lavaggio con soluzione a pH basico e corpi di riempimento
• Unità deumidificante
• Motore endogeno (con i filtri in dotazione)

Per le fasi di avvio, o in caso di necessità, l'impianto è anche dotato di una torcia con fiamma pilota in cui poter convogliare e bruciare i gas prodotti dal reattore by-passandoli dalle altre sezioni.

Conclusioni

Questa tecnica di sfruttamento energetico delle biomasse naturali permette un'importante valorizzazione energetica minimizzando i rischi di inquinamento e d'impatto ambientale rispetto alle tecniche di incenerimento.
Data la relativa omogeneità della materia prima utilizzata è possibile calibrare il sistema per poter ricavare un ottimo potenziale energetico pur conservando le esigenze ecologiche fondamentali in questo tipo di applicazioni.

In grado di produrre circa 1 kW gassificando 1,1-1,7 kg di biomassa legnosa secca (dipende dalla tipologia del legno) ed emettendo allo scarico finale una concentrazione d'inquinanti molto minore degli attuali limiti di legge sulle emissione in atmosfera, questa tecnica di valorizzazione energetica si configura fra le tecnologie meglio sfruttabili e con un buon rapporto fra la biomassa consumata ed i kW prodotti.