Prestazioni di un impianto di gassificazione, su scala dimostrativa (1.5 MWth), di biomassa da legno di abete

Fabio Montagnaro - AIDIC - Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

Lucio Zaccariello, AIDIC - Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

Questo rapporto si incentra sul processo di gassificazione di biomasse, per l'ottenimento di gas di sintesi (syn-gas) utilizzabile in modo flessibile, ad esempio come fonte di energia e materia anche in luoghi/tempi diversi da quelli di produzione, in un'ottica di circolarità e sostenibilità della filiera. Tuttavia, sorgono alcuni elementi di preoccupazione principalmente legati alla composizione eterogenea delle biomasse, che può influire negativamente sia sulle prestazioni del gassificatore sia sulla generazione di specie indesiderate come i "tar", composti organici catramosi condensabili prodotti insieme al gas di sintesi.

Mentre la letteratura è ampia quando il processo è visto su un livello di maturità tecnologica limitato alla scala di laboratorio (ad es., "Technology Readiness Level" TRL=4), ciò non può dirsi altrettanto vero per impianti FBG eserciti a maggior valore di TRL.

Di conseguenza, in questa relazione, faremo riferimento alle esperienze condotte utilizzando un impianto FBG su scala dimostrativa (1.5 MWth). Per approfondimenti, si rimanda ai lavori pubblicati dagli autori [1-3], mentre qui si ricorda che l'obiettivo principale della campagna tecnico-scientifica è stato studiare l'effetto del rapporto di equivalenza aria/combustibile, come condizione operativa più rilevante, sul potere calorifico inferiore del gas di sintesi, sulla sua resa in massa, energetica, composizione chimica, e sulla produzione e speciazione chimica di tar.

BIOMASSA UTILIZZATA

La BIOMASSA lignocellulosica utilizzata è costituita da cippato di legno di abete rosso, proveniente dall'Appennino Tosco-Emiliano, raccolto nei pressi dell'impianto di gassificazione.

I tronchi di abete rosso vengono processati in una cippatrice a tamburo e il materiale viene successivamente setacciato, al fine di ottenere cippato con distribuzione granulometrica P45 (almeno il 60% del campione deve ricadere nell'intervallo 3.15-45 mm, non più del 10% nell'intervallo 63-200 mm; il resto può essere più fine di 3.15 mm, ma non più grossolano di 200 mm).

Il cippato impiegato come combustibile nei test di gassificazione è stato caratterizzato mediante analisi elementale e tecnica
(analizzatori LECO CHN628 e LECO SC-144DR per la determinazione degli elementi; termobilancia LECO TGA701 per l'analisi tecnica), con risultati riportati nella Tabella 1 in termini di contenuto di C, H, N, S, O, ceneri, e umidità. La biomassa, con un tenore di umidità di circa il 9%, presenta tenori di N, S, e ceneri, non rilevanti, mentre la percentuale di C sfiora, su base secca, il 50%.

GASSIFICATORE A LETTO FLUIDIZZATO: DESCRIZIONE DELL'IMPIANTO

Le prove sperimentali sono state condotte utilizzando un gassificatore a letto fluidizzato bollente, un impianto dimostrativo con potenza termica massima di 1.5 MWth, situato in Emilia-Romagna.

Il sistema è costituito da tre sezioni principali (Figura 1): il gassificatore, la sezione di trattamento gas e l'unità di generazione di energia. Il reattore FBG ha forma cilindrica con altezza totale di 5.40 m e diametro interno di 1.20 m.

Durante la fase di avviamento, il reattore viene riscaldato fino a 350°C grazie al calore sensibile generato da un bruciatore a metano da 250 kW.

Successivamente, la temperatura iniziale del letto (800°C) viene raggiunta facendo funzionare il reattore FB in modalità di combustione, utilizzando aria (1000 kg/h) come comburente e cippato di abete come combustibile. Giunti ad 800°C, ha inizio la gassificazione: il bruciatore viene spento e l'aria di gassificazione viene preriscaldata a circa 550°C da uno scambiatore di calore a fascio tubiero, a spese del syn-gas in uscita dal reattore.

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