David Chiaramonti

Sistemi per la produzione di energia elettricasu piccola scala da biomassa lignocellulosica

David ChiaramontiUNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZE

Facoltà di Ingegneria

David Chiaramonti

Tecnologie di cogenerazione a piccola scala

� Sistemi a vario livello di maturità

� Focus su P < 1 MWe

� Tecnologie ancora in competizione per la biomassa solida, main rapido sviluppo e prima commercializzazione

� Combustione (diretta, esterna)

� Pirolisi

� Gassificazione

� Eccezioni: Biogas, Olio Vegetale Puro

David Chiaramonti

Combustione�Tecnologia matura, accoppiata a cicli a vapore, ORC

(anche solo produzione elettrica), o combustione esterna

�Possibilità di alimentazione multicombustibile

�Elevata affidabilità, prestazioni interessanti

�Costi di investimenti specifici significativi – effetto di scala

Source: Turboden, BIOS BIOENERGIESYSTEME

David Chiaramonti

Combustione

�Ciclo a vapore dominante su taglie maggiori, ma si sta estendendo anche a impianti di scala inferiore

David Chiaramonti

Pirolisi

� Tre prodotti: carbone (char), olio (tar)

e gas.

� Tecnologia emergente, anche se non nuova

� Devolatilizzazione anaerobica a 450-550 °C

seguita da combustione o gassificazione

� Due opzioni di processo

• valorizzazione energetica del solo gas di

pirolisi (biomasse “difficili”) in pirolisi lenta/intermedia + char e tar

• pirolisi flash (veloce) per produzione di bio crude oil

Electricity Transport fuel

Heat

Extract

Upgrade

Boiler

Chemicals

Bio-oil

David Chiaramonti

David Chiaramonti

Gassificatori a Letto Fisso – piccola taglia

� L’agente della gassificazione (di solito aria) può attraversare il letto in modo

equicorrente (verso il basso), controcorrente (verso l’alto), o

trasversalmente. Su questa base si definiscono le principali categorie di

gassificatori a letto fisso:

� DOWNDRAFT

� UPDRAFT

� CROSSDRAFT

� In ciascuno di questi casi, l’interazione tra l’agente gassificante con il letto

della biomassa determina diverse posizioni per le varie zone di

gassificazione

� La necessità di mantenere un letto stabile e compatto limita

dimensionalmente questo tipo di impianti � solitamente piccoli impianti.

� Vi sono anche soluzioni in cui pirolisi e gassificazione sono fisicamente

separati in reattori distinti � impianti di PIROGASSIFICAZIONE

David Chiaramonti

Tipologie principali di Gassificatori a Letto Fisso

Updraft

Downdraft

Double Fire Two/Three Stage

Trocknung

Pyrolyse

Oxidation

Reduktion

Oxidation

Brennstoff

P roduktgas

L u ft

Asche

L u ft

L u ft

Trocknung

Pyrolyse

Oxidation

Reduktion

Oxidation

Brennstoff

P roduktgas

L u ft

Asche

L u ft

L u ft

Air

Ash

Gas, Tar

Biomass

Air

Air

Air

Air

���� IMPIANTI DI PICCOLA TAGLIA O PER SOLA GENERAZIONE DI CALORE

Fonte: H.Hofbauer, Wien University, 2007

David Chiaramonti

Gas cleaning

� Il sistema di pulizia deve essere visto come un unico elemento con

l’impianto di gassificazione

� La scelta dell’impianto di gassificazione deve essere compatibile

con la destinazione (utilizzo) del gas

� Generazione di calore

� Fornaci, grandi caldaie, co-combustione

� Motori Stirling

� Motori a gas

� Turbine e Gas

� Produzione di combustibili di sintesi

� Celle a Combustibile

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PRINCIPALI CONTAMINANTI E METODI DI RIMOZIONE

Contaminante Esempio Problemi Metodo di pulizia

Particolato Ceneri, particelle di

char, materiale inerte

(se letto fluido)

Erosione Filtraggio, scrubbing

Metalli alcalini Composti di Na e K Corrosione a caldo Raffreddamento,

condensazione, filtrazione,

adsorbimento

Azoto (dal combustibile)

Principalmente NH3

ed HCN

Formazione di NOX Scrubbing, SCR (riduzione

catalitica selettiva)

Tars Aromatici refrattari Intasamento filtri, difficoltà

di combustione, depositi

all’interno dell’impianto,

avvelenamento

catalizzatori

Cracking termico o

catalitico, rimozione

Zolfo, cloro H2S, HCl Corrosione, emissioni,

avvelenamento

catalizzatori

Scrubbing con dolomite o

calce, assorbimnento

David Chiaramonti

� Tar (catrami, peci) devono essere

sempre rimossi quando� Il gas è raffreddato prima del suo utilizzo

� Il gas è compresso prima del suo utilizzo

� In sistemi quali motori a CI o GT

� Due principali sistemi per la rimozione dei tar

� Rimozione fisica – si condensano gocce

di tar e le si rimuovono con sistemi simili

a quelli per il particolato

� Rimozione chimica – Cracking catalitico

o termico

Rimozione dei tar

David Chiaramonti

Sistemi per la rimozione o la conversione dei tar

Stassen, Prins, Van Swaaji, 2002

David Chiaramonti

Principali criticità

�Area di combustione limitata (pb

uniformità T)

�Poca flessibilità nella tipologia e

pezzatura combustibile

�Capacità

�Turn down limitato

CLOSED TOP THROATED (IMBERT-TYPE) GASIFIERS

David Chiaramonti

Principali vantaggi

�Zona di combustione

maggiorata

E quindi

�Tempi di residenza maggiori

�Tar cracking maggiore

�Overcome 500 kg/h

�sicurezza

OPEN-TOP TWIN-FIRE GASIFIER AT CREAR

David Chiaramonti

David Chiaramonti

Source: Zwart et al, ECN-E—01018, 2006

Energy efficiency: approx 70 %Additional power from heat: 5-8 %

Milena-OLGA SNG Pilot & Demo, The Netherlands

Metanazione da Biomassa Lignocellulosica

Open-Top Twin-Fire Biomass Gasifier (IIS-CREAR)

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David Chiaramonti

30.08.12Colle Val d’Elsa, Italy

David Chiaramonti22

Grazie per

l’attenzione

David Chiaramontidavid.chiaramonti@re-cord.org

david.chiaramonti@unifi.it