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Pirolisi e gassificazione

In questa sede prenderemo in esame due specifici processi termochimici: la pirolisi e la gassificazione.

Gassificazione

La gassificazione è un processo termochimico che mediante la parziale ossidazione del combustibile solido lo  trasforma in combustibile gassoso (Syngas).

Più precisamente, durante il processo di gassificazione, il materiale subisce una decomposizione termochimica dalla quale si ottengono un gas combustibile e scorie solide.  In seguito alla carenza di Ossigeno, che contraddistingue questo processo, inoltre, il materiale subisce la scissione dei legami chimici originari dando vita alla conseguente formazione di molecole più semplici  ( dissociazione molecolare).

Per ottenere questo risultato, prima di essere introdotto nell’impianto il materiale deve ridotto a pezzature. Questa preventiva attenzione, infatti, sarà determinante per consentire un’uniforme esecuzione di questa combustione senza fiamma.  La gassificazione può essere considerata una tecnologia intermedia tra l’incenerimento e la pirolisi e consente di raggiungere temperature sopra i 1000° C.

Pirolisi

Anche questo è un metodo termochimico di dissociazione molecolare  di S.O. che si svolge a temperature al di sotto dei 500°C e con l’Ossigeno presente in quantità stechiometriche vicine al  6%. Originariamente utilizzato nella distillazione del greggio, oggi si adatta al trattamento di prodotti organici dai quali ottenere syngas.

Con la successione dei due processi ( pirolisi e gassificazione) è stato possibile mettere a punto una nuova forma di gassificazione, detta appunto di ultima generazione. 

Gassificazione di ultima generazione

E’ la soluzione di un problema che fino ad oggi ha tormentato i ricercatori, tuttavia sono ancora molti preconcetti e pregiudizi da abbattere. Qualche impianto è stato anche costruito, ma con esiti quasi sempre insoddisfacenti. Studiando a fondo i punti deboli e gli errori commessi ed utilizzando le esperienze maturate dai precursori, è stato possibile mettere a punto un tipo di impiantistica che, a nostro avviso, può positivamente superare anche gli standard più severi.

L’innovazione non è poi così complicata. La struttura prevede l’allestimento di un robusto cilindro metallico verticale, compost da uno strato esterno coibentante ed  un rivestimento interno realizzato con materiale refrattario. Nella parte superiore è dislocato un sistema a due valvole che permette l’ingresso del materiale, impedendo l’entrata dell’aria e la fuoriuscita dei gas.

Il fondo invece, è formato da una griglia rotante che consente la fuoriuscita delle ceneri. Esso è immerso in uno strato d’acqua avente il duplice scopo di guardia idraulica e di raffreddamento delle ceneri prima della loro fuoriuscita.

Lateralmente sono collocati gli attacchi per l’alimentazione dell’aria e del vapore e per l’applicazione dei bruciatori a metano necessari all’avviamento del processo. La conduzione risulta semplice ed è completamente automatizzabile.

All’avviamento, i materiali da trattare vengono immessi dall’alto e, mediante i bruciatori a metano, viene raggiunta la temperatura d’esercizio. A questo punto ha inizio il ciclo regolare di produzione che viene assicurato da un insufflamento di aria nella quantità stechiometrica richiesta.

Il regime ottimale viene raggiunto con la totale combustione del materiale introdotto.

Rifiuti trattabili.

Anche in questo caso vengono proposte soluzioni del tutto innovative : una frazione di umido domestico (FORSU)  che, al fine di ottenere rese energetiche superiori ( in particular modo elettriche),può essere miscelata a predeterminate quantità di CDR potendo consentire anche il contemporaneo smaltimento di fanghi di depurazione, accorpati al CDR e bricchettati.

Descrizione del processo

Partendo dalla parte superiore dell’impianto, nel corso del processo si conteranno più stratificazioni del materiale. In ogni strato si verificheranno importanti trasformazioni che possono essere riassunte come di seguito:

Nel primo strato si trova una zona detta di pirolisi in cui il materiale introdotto, incontrando i fumi caldi provenienti dal basso, prima cede l’umidità contenuta e poi, aumentando la temperatura, inizia a distillare, le sostanze volatili.

Nel secondo strato si svolge la così detta dissociazione molecolare, vale a dire la  conversione del materiale solido in una miscela di vari elementi in cui sono contenute le molecole originarie di  carbonio, idrogeno e di ossigeno molecolare. 

Nel terzo strato si trova la zona di combustione del  Carbonio,  zona in cui viene generato il calore necessario per ottenere le reazioni prima elencate ed in cui il C si trasforma in CO.
In questa zona viene anche insufflato vapore acqueo, con lo scopo di controllare la temperatura di combustione e di ottenere la separazione dell’acqua  in H2 e O ed arricchire così il contenuto calorico del syngas ottenuto.

Al di sotto della zona di combustione uno strato di ceneri protegge la griglia rotante dal surriscaldamento. Le ceneri, scaricate dalla griglia nell’acqua sottostante, vengono poi estratte mediante una coclea inclinata.

Il syngas ottenuto, oltre al monossido di Carbonio, contiene anche piccole quantità di Idrogeno, CH4 e tracce di idrocarburi. Oltre a ciò si possono trovare varie impurità come catrami e distillati vari, per cui non è utilizzabile in  motori alternativi od in turbine.

Da qui la scelta di avviare questo tipo di syngas in un’apposita camera di combustione allo scopo di ricavare tutto il potenziale energetico in esso contenuto e, tramite scambiatori di calore “gas caldi > olio diatermico” e “olio diatermico > ORC”, alimentare apposite turbine con le quali produrre energia elettrica con rese oltremodo soddisfacenti.

Il calore residuo può essere impiegato in cogenerazione.

In sintesi: il syngas non può venire utilizzato come carburante, ma come combustibile.

Da tener presente che la combustione che si svolge in una apposita camera, distrugge tutti i componenti spuri quali  i distillati e i catrami, ricavando dagli stessi ulteriore energia, oltre a qualsiasi altra sostanza compresi gli inquinanti più pericolosi.

Concludendo teniamo a sottolineare che la resa energetica di questo tipo di gassificazione è superiore a quella dei normali termovalorizzatori ed anche a quella ottenibile dalla digestione anaerobica (biogas).