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.
