Descrizione dell’impianto:
L’impianto di produzione del syngas si divide in varie sezioni:

  • Caricamento
  • Pirolizzatore
  • Gassificatore
  • Recuperi termici/ raffreddamento gas
  • Filtro per eliminazione particelle carboniose
  • Raffreddamento finale
  • Soffiante per controllo pressione del syngas.

LA TECNOLOGIA

La pirogassificazione a bi-stadio:
La tecnologia proposta ha lo scopo di sviluppare un processo di conversione di combustibili solidi alternativi (sottoprodotti agricoli/forestali) in un gas combustibile da utilizzare in motori endotermici per la produzione di energia elettrica e termica.
Alla base della tecnologia vi è l’obiettivo di ottenere un gas il più possibile pulito, permettendone quindi la valorizzazione nel modo più opportuno.
La tecnologia si basa sul processo della piro-gassificazione a stadi delle biomasse.
Il gas ottenuto, denominato Syngas, può quindi essere utilizzato in motori endotermici con un rendimento elettrico di circa il 28%, più del doppio rispetto a tradizionali impianti a combustione. Nel complesso, considerando anche la produzione dell’energia termica, il rendimento globale del processo varia, a seconda del tipo di materiale trattato, da un minimo del 65% ad un massimo del 90%.

Il trattamento della biomassa avviene in tre passi distinti:

  • Pirolisi del combustibile in assenza di ossigeno
  • Affinamento dei prodotti gassosi della pirolisi
  • Gassificazione dei residui carboniosi prodotti dalla pirolisi.

Per ognuna di queste fasi sono state ideate apparecchiature specifiche in grado di superare i limiti delle comuni soluzioni attualmente presenti sul mercato.
Gli impianti sinora realizzati (gassificatori) concentrano in un unico reattore il processo della pirolisi e della gassificazione e possono trattare esclusivamente cippato di legno vergine di elevata qualità e granulometria ben definita e costante e non possono quindi essere alimentati con materiali disomogenei, di bassa qualità, residui o rifiuti.
Ecco quindi l’innovazione introdotta, che sviluppando i processi di base in modo separato, ha permesso di superare tali considerevoli limiti.

La tecnologia della piro-gassificazione è a tutt’oggi il processo più pulito ed ambientalmente sostenibile presente sul mercato. La produzione del gas (Syngas) non emette alcuna emissione in atmosfera né refluo pericoloso.


Gassificatore:
I prodotti generati dalla pirolisi vengono fatti “cadere” dal pirolizzatore nel reattore di gassificazione attraverso un condotto metallico che mette in comunicazione le due apparecchiature.
Nel gassificatore il residuo solido viene fatto accumulare su una griglia, mentre i prodotti volatili vengono parzialmente bruciati in seguito ad aggiunta di aria.
In tal modo nella parte alta dell’apparecchiatura posta al di sopra della griglia si raggiungono temperature anche superiori ai 1100 °C sufficienti a garantire la completa distruzione dei catrami responsabili dei frequenti problemi di funzionamento riscontrati nei tradizionali impianti downdraft.
Alla base del gassificatore viene installata una coclea che estrae la cenere la quale viene stoccata in appositi big-bag.

Trattamento gas di sintesi:
Il gas di sintesi prodotto dalla gassificazione, ad una temperatura di 700-730 °C viene fatto passare attraverso un ciclone per un prima grossolana pulizia e poi inviato all’intercapedine del pirolizzatore. Segue poi uno scambiatore di preriscaldo dell’aria usata dal gassificatore seguito da un ulteriore raffreddamento ad aria fino a circa 170 °C.
L’aria calda prodotta da quest’ultimo raffreddamento può essere utilizzata o per recuperi termici, o se necessario per l’essiccamento della biomassa umida in ingresso.
Il gas a 170 °C viene trattato su un filtro a maniche, che consente efficienze di abbattimento elevatissime a fonte di costi di gestione e manutenzione contenuti. Il suo uso è reso possibile proprio dallo schema di gassificatore a due stadi che riesce a produrre un gas praticamente privo di tar.

Controllo dell’impianto:
L’impianto è gestito in modo automatico dal suo PLC che agisce sui vari parametri di funzionamento in modo da garantire il mantenimento delle condizioni ottimali per la generazione di un gas con caratteristiche costanti.
Il PLC è equipaggiato dai sistemi necessari per il monitoraggio da remoto dell’impianto e per l’invio di una comunicazione di anomalia via e-mail.

Emissioni:
Un aspetto fondamentale di questa tecnologia è che sino alla produzione del gas di sintesi (Syngas) non avviene alcuna emissione in atmosfera; le emissioni si limitano quindi al successivo (eventuale) utilizzo del gas nei motori endotermici. Ciò nonostante si ottengono livelli di emissione estremamente bassi proprio per quanto riguarda gli inquinanti universalmente considerati più pericolosi: diossine/furani, metalli pesanti, polveri ultrafini. Questo è possibile in quanto il gas di pirolisi viene trattato prima del suo utilizzo nei motori, di conseguenza è molto semplice ottenere dopo la combustione nei motori, un refluo gassoso con concentrazione di inquinanti notevolmente inferiori a quanto previsto dalle normative.
L’eliminazione completa del cloro prima dell’invio dei gas ai motori impedisce che dopo la combustione possano formarsi PCDD o PCDF.
Come noto qualunque processo di combustione produce delle emissioni inquinati, o se non altro della CO2 che ha un effetto sul riscaldamento globale.
Nel caso si utilizzino fonti rinnovabili altrimenti non valorizzate, come i sottoprodotti agricoli/forestali, l’effetto della CO2 emessa viene in toto o in parte bilanciato dal fatto che questa era stata sequestrata delle piante da cui è stata ricavata la biomassa.
In linea generale il vantaggio della gassificazione rispetto alla combustione diretta è che il gas viene ripulito prima di essere bruciato. Al momento della combustione quindi il gas non contiene più, se non in minima parte, i precursori necessari per la formazione di molti inquinanti.
Per quanto riguarda gli aspetti normativi, tali impianti rispettano a pieno i limiti previsti dal DM 152-2006.

Prestazioni dell’impianto:
L’impianto di pirogassificazione è concepito per funzionare 24/24 ore arrivando ad un tempo di lavoro previsto di circa 7500 h/anno, con una potenza elettrica media lorda ai morsetti pari a circa il 95% di quella nominale.
Le fermate previste sono legate innanzitutto alla manutenzione del motore endotermico che ogni 500-1000h può richiedere una limitata messa a punto.
I materiali usati nel gassificatore/pirolizzatore sono tali da non richiedere tagliandi programmati, tuttavia è necessario prevedere ogni 6 mesi una fermata per verifica stato usura / corrosione.

BILANCI ENERGETICI

I seguenti bilanci indicativi di massa ed energia sono riferiti alle condizioni nominali di funzionamento dell’impianto, ovvero al pieno sfruttamento dell’alternatore, per una potenza generata di 200 kW elettrici.

Materiale alimentato: biomassa legnosa al 20% di umidità sul totale.

Consumo orario combustibile 225 kg/h
Potenza termica immessa nell’impianto con la biomassa 950 kW
Produzione lorda syngas (dew point 30 °C) 457 Nm3/h
Potere calorifico del syngas secco (dew point 30°C) 1230 kcal/kg
Potenza termica ottenibile dalla combustione del syngas 654 kW
Calore richiesto dal pirolizzatore 75 kW
Calore recuperabile dal raffreddamento del syngas 30 kW
Portata di syngas consumata dai bruciatori pirolizzatore 40 Nm3/h
Portata netta di syngas prodotta 417 Nm3/h
Potenza elettrica lorda ai morsetti (gruppo 33.5%) 200 kW

Autoconsumi1
previsti 32 kW
alimentazione quadro controllo 1.5 kW
soffiante alimentazione gassificatore 5.5 kW
soffiante alimentazione pirolizzatore e aria refrigerazione 5.5 kW
soffiante syngas per pirolizzatore 1.5 kW
Refrigeratori 2 kW
coclee caricamento/estrazione 2.5 kW
compressori 1.5 kW
agitatori 1.5 kW
torre di raffreddamento 1.5 kW
torre di lavaggio 1 kW
soffiante estrazione gas 8 kW

Autoconsumi previsti da GSE 17% (34 kW)

NB: fanno parte degli autoconsumi anche le parti non quotate, ovvero, sistemi di movimentazione cippato, ausiliari motori ecc.
Le soffianti vengono regolate con inverter, quindi permettono consumi inferiori (circa il 35-40%) rispetto alle potenze di targa dei motori.

BIOMASSE:

In generale gli impianti di Piro-gassificazione proposti sono in grado di trattare praticamente tutti i sottoprodotti dell’attività agro-forestale:

  • sottoprodotti derivati dalla lavorazione dei prodotti forestali
  • sottoprodotti derivati dalla gestione del bosco
  • potature, ramaglie e residui dalla manutenzione del verde pubblico e privato

In particolare si possono utilizzare materiali di dimensioni medie che vanno da 1,5 cm, con tenore di fini inferiore al 5% tipici del cippato di legna ottenuto sia da attività forestale che da sfalci e potature; può accettare anche stocchi di mais triturate grossolanamente.
In tutti i casi la biomassa può essere conferita con un tenore di umidità fino al 35-40% poiché i cascami termici dei motori possono essere utilizzati per eseguire un essiccamento del materiale.




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