GLI IMPIANTI CON GASSIFICAZIONE DEL CARBONE IGCC

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1 Università degli studi di Roa Tor Vergata Facoltà di Ingegneria Appunti per le lezioni di Sistei Energetici Avanzati GLI IMPIANTI CON GASSIFICAZIONE DEL CARBONE IGCC Stato dell arte e prospettive future ossidante dall ASU slurry syngas acqua di aliento secondo stadio prio stadio syngas cooler radiativo vapore di alta pressione slag syngas acqua da trattare slurry ossidante dall ASU slag char acqua dello slag per il quench Tecnologia Texaco Tecnologia E-Gas Prof. Ing. M.Vellini

2 INDICE GLI IMPIANTI CON GASSIFICAZIONE... 3 L isola di gassificazione... 5 Il gassificatore.. 5 Trattaento del carbone. 11 Unità di separazione dell aria... 1 Raffreddaento del syngas e recupero terico. 14 Depurazione del syngas.. 18 L isola di potenza. 6 Ipianto sovrapposto (TG) 7 Ipianto sottoposto (IV). 30 Esepi di gassificatori. 31 Soluzioni ipiantistiche e prestazioni globali. Cenni sull evoluzione di un ipianto IGCC. Esepio nuerico Valutazione delle prestazioni di un ipianto IGCC BIBLIOGRAFIA. 69

3 GLI IMPIANTI CON GASSIFICAZIONE (IGCC) Le turbine a gas in assetto cobinato rappresentano attualente la soluzione ipiantistica più efficiente per la produzione di energia elettrica sotto diversi punti di vista: elevate prestazioni terodinaiche conseguite, bassi costi di installazione, odesto ipatto abientale (teatica quest ultia, sepre più attuale, dalla quale oraai non si può prescindere). Il liite di questi ipianti è costituito dall incapacità di funzionare con cobustibili poco pregiati dal oento che la cobustione avviene internaente al fluido di lavoro. Attualente, tuttavia, il rapporto R/P (riserve accertate/produzione annua), è sbilanciato a favore di un cobustibile sporco : tale rapporto è infatti pari a circa 50 anni per il carbone e solaente anni per il gas naturale. Per sostenere la copetitività di un paese, pertanto, che non può basarsi su un unico cobustibile, è necessario coniugare due esigenze opposte: le prestazioni ottenibili dai cicli cobinati e la policobustibilità che è una caratteristica tipica degli ipianti a vapore. Negli ultii anni ingenti sforzi di ricerca sono stati rivolti allo studio della gassificazione che rende copatibili le turbine a gas con il carbone e più in generale con i cobustibili pesanti. La gassificazione è un processo di trasforazione di un cobustibile, liquido o solido (carbone, residui di raffineria, oli pesanti, etc.), in un gas di sintesi (detto appunto syngas) pulito e utilizzabile quindi in otori a cobustione interna. La gassificazione rende così copatibili le turbine a gas con il carbone e apre interessanti prospettive in terini di abbattiento delle eissioni di CO. La gassificazione è un processo perseguito e realizzato anche a livello industriale da olti anni. Nella seconda età del 1800 riscaldando il carbone in assenza di ossigeno, si produceva un gas (chiaato anche gas di città) con cui venivano illuinate le strade di iportanti città (Londra ad esepio). Le tecnologie di gassificazione, con O quale ossidante, si svilupparono intorno agli anni , quando furono disponibili processi di produzione dell ossigeno a basso costo (processo Linde). Durante la seconda guerra ondiale il processo di gassificazione venne utilizzato per produrre benzine sintetiche. Fino alla crisi petrolifera degli anni 70, tale processo, conobbe periodi di stasi vista l apia disponibilità ed il basso costo del petrolio. Marginalente, counque, continuò ad essere ipiegato per la produzione di benzine sintetiche e di coposti di base per l industria chiica, soprattutto in aree geografiche ricche di carbone e povere di altri cobustibili fossili (Sud Africa). Successivaente l increento dei prezzi del petrolio e l attenzione rivolta alle probleatiche abientali e di saltiento dei residui di raffineria, hanno rivalutato la gassificazione integrata alla 3

4 produzione di energia elettrica di grande taglia. Sono nati così gli IGCC (Integrated Gasification Cobined Cycle), ipianti nei quali il carbone viene trasforato in un gas di sintesi, viene raffreddato e pulito in una pria sezione chiaata isola di gassificazione e infine viene ipiegato coe cobustibile per alientare un ciclo cobinato in una seconda sezione chiaata isola di potenza. IGCC Coe già detto, la gassificazione consiste nella trasforazione, attraverso una serie di reazioni chiiche che avvengono all interno di un reattore chiaato gassificatore, di un cobustibile liquido o solido in un gas cobustibile (detto syngas). Il syngas è costituito principalente da onossido di carbonio (CO) e idrogeno (H ). Il processo è olto coplesso e prevede, oltre al gassificatore, la presenza di una serie di coponenti aggiuntivi. La fig. 1 fornisce una rappresentazione concettuale dell IGCC: eerge chiaraente la sua coplessità e si possono notare le nuerose interconnessioni tra i vari sotto coponenti. ISOLA DI GASSIFICAZIONE carbone Trattaento del carbone Raffreddaento del syngas syngas Depurazione del syngas coposti dello zolfo L carbone trattato syngas grezzo ceneri Gassificatore acqua vapore ISOLA DI POTENZA syngas depurato ossidante vapore acqua/vapore aria gas cobusti A.S.U. Ciclo a vapore Ciclo a gas aria azoto acqua gas di scarico L Fig.1 - Schea concettuale di un ipianto IGCC. Nel seguito seguenti verranno dappria illustrati i coponenti costituenti l isola di gassificazione e i vari processi necessari alla produzione del syngas: le tipologie di gassificatori, il trattaento del carbone, la produzione dell ossidante da inviare al reattore, il raffreddaento e il recupero terico del syngas, la depurazione del gas di sintesi. Successivaente verrà descritta l isola di potenza, costituita da un ciclo cobinato, e verranno evidenziate le differenze rispetto ad un tradizionale ipianto a gas naturale, differenze dovute sostanzialente al diverso cobustibile che alienta la caera di cobustione della TG. 4

5 L isola di gassificazione Il gassificatore. Il gassificatore (fig. ) è un reattore che prevede tre flussi entranti: il cobustibile (liquido o solido), l ossidante (aria o ossigeno 1 ) e acqua o vapore; i flussi uscenti sono due: il syngas grezzo e le ceneri. syngas grezzo cobustibile ossidante HO Gassificatore ceneri Fig. - Flussi di assa in un gassificatore. Il syngas grezzo è una iscela coposta principalente da onossido di carbonio (CO), anidride carbonica ( CO ), idrogeno ( H ), vapor d acqua ( HO) e etano ( CH 4 ); ci sono poi altri eleenti indesiderati quali: i coposti dello zolfo (solfuro di idrogeno, HS, e solfuro di carbonile,cos), i coposti dell azoto (aoniaca, NH 3, e acido cianidrico, HCN), etalli alcalini (sodio, Na, potassio, K, litio, Li), particolato, acido cloridrico (HCl), etc. Le reazioni chiiche energeticaente più significative che avvengono all interno del gassificatore sono le seguenti: 1 C O CO kj / ol cobustione parziale C O CO kj / ol cobustione totale C H O CO H kj / ol gassificazione ( C CO CO gassificazione) ( C H CH idrogassificazione) 4 CO H O CO H 41. kj / ol water gas shift CO 3H CH H O 06.4 kj / ol etanazione 4 1 L ossidante, reso disponibile a diversi gradi di purezza, viene separato dall azoto in apposite unità di trattaento dell aria (A.S.U. Air Separation Unit). 5

6 Le prie due reazioni sono forteente esoteriche e portano la teperatura del reattore a valori tali da consentire le altre reazioni; in particolare la reazione di cobustione totale avanza in funzione della quantità di ossigeno disponibile. La terza reazione è endoterica ed è favorita alle alte teperature, tale reazione giustifica l introduzione di acqua o di vapore coe eleento oderatore della teperatura e apportatore di idrogeno: gli eleenti fondaentali del syngas grezzo sono infatti onossido di carbonio e idrogeno. La quarta reazione deterina il rapporto tra i due gas utili nel syngas grezzo (CO e H ). La quinta reazione è iportante nei gassificatori a bassa teperatura (o laddove si voglia produrre etano sintetico). Il processo di gassificazione e le reazioni chiiche descritte dipendono da una serie di paraetri terofisici e in particolare dal tepo di peranenza del carbone nel reattore, dalle condizioni terodinaiche (pressione e teperatura) vigenti all interno del gassificatore, dai rapporti ossigeno/cobustibile e H O/cobustibile con cui si opera e dal grado di purezza dell ossidante: - all auentare della teperatura sono favorite le reazioni endoteriche di gassificazione con il risultato di ottenere un syngas con elevato contenuto di onossido di carbonio e idrogeno; - all auentare della pressione sono favorite le reazioni che avvengono con riduzione del nuero di oli; si ottiene un syngas con inore contenuto di onossido di carbonio e idrogeno e un aggiore contenuto di anidride carbonica, vapor d acqua e etano; - all auentare conteporaneo di pressione e teperatura si ottengono elevati valori di conversione del cobustibile; - all auentare del rapporto ossigeno/cobustibile diinuisce la concentrazione di onossido di carbonio e idrogeno ed auenta quella di anidride carbonica, vapor d acqua e etano; in altre parole, all auentare del rapporto ossigeno/cobustibile vengono spinte le reazioni di cobustione. E counque essenziale che tale rapporto sia tale da consentire elevati valori di conversione del cobustibile; - all auentare del rapporto H O/cobustibile auentano nel syngas le percentuali di anidride carbonica, di vapor d acqua e di idrogeno e diinuiscono quelle di CO e CH 4. Sono necessari elevati quantitativi di H O solo in presenza di odesti quantitativi di ossidante (ovvero per basse teperature di gassificazione). 6

7 Concettualente la gassificazione prevede diverse fasi che si succedono grazie al progressivo riscaldaento del carbone ad opera delle reazioni esoteriche (fig.3). All auentare della teperatura avvengono in cascata le seguenti fasi: - Deuidificazione (fino a C) durante la quale vengono liberati l acqua e i coposti gassosi volatili; - Volatilizzazione delle olecole di idrocarburi con legai deboli (a circa 500 C), all auentare della teperatura le coplesse strutture olecolari del carbone si spezzano e si forano il TAR (Topping Atospheric Residue, costituito da idrocarburi pesanti) e il char (un residuo solido costituito praticaente da carbonio puro). - Gassificazione dei coposti pesanti in fase liquida. Il tar viene gassificato solo in presenza di idonee condizioni terodinaiche. - Gassificazione del char secondo le reazioni precedenteente introdotte. Le ceneri prodotte dal processo di gassificazione possono essere portate allo stato fuso se si raggiungono teperature superiori a quella di fusione ( C); in tal caso il successivo raffreddaento fa si che possano coalescere forando così un aggloerato inerte di grossa granuloetria (slag) facilente riovibile. La figura seguente riporta la perdita percentuale in peso di un capione di carbone durante le fasi teriche descritte. 100 [%] deuidificazione volatilizzazione 40 ossidazione del char cenere 0 0 Tepo / Teperatura Fig.3 - Perdita percentuale in peso di un capione di carbone durante le varie fasi teriche. Le trasforazioni, ora descritte in aniera generale, avvengono diversaente a seconda del tipo di gassificatore che viene utilizzato. 7

8 I gassificatori sono riconducibili a tre categorie principali: gassificatori a letto fisso gassificatori a letto fluido gassificatori a flusso trascinato. Gassificatori a letto fisso. In questa soluzione (fig.4) il carbone fluisce in controcorrente con il syngas prodotto dal letto. All ingreso del reattore si liberano gli eleenti più volatili e si produce tar che riane nel gas. Il syngas prodotto si raffredda an ano che avanza verso l uscita del reattore entre nella zona centrale viene gassificato il char per reazione con ossigeno e vapore. Il gas prodotto è a teperature oderate ( C) a necessita di essere lavato dagli idrocarburi liquidi che vengono separati e successivaente riciclati. A questa categoria appartengono i processi Lurgi e British Gas/Lurgi. carbone syngas syngas carbone vapore ossigeno o aria altezza gassificatore vapore, ossigeno o aria cenere ceneri T [ C] Fig.4 - Schea concettuale di un gassificatore a letto fisso e distribuzione qualitativa della teperatura lungo l asse del reattore. Caratteristiche funzionali e prestazionali: - elevata efficienza energetica (lo scabio terico avviene in controcorrente); - teperatura assia, raggiunta nel letto, elevata con conseguente fusione delle ceneri; - odesta teperatura del syngas all uscita del reattore; - basso consuo di ossidante (rapporto ossigeno/cobustibile = ); - elevato consuo di acqua (rapporto acqua/cobustibile = ); - pezzatura del carbone di alientazione copresa tra 5 e 50 con poche ceneri e poche particelle fini; 8

9 - bassa potenzialità (il carbone riane per olto tepo all interno del letto, da una a tre ore di peranenza); - syngas grezzo con elevate percentuali di idrocarburi pesanti (TAR) e bassi trascinaenti di particolato; - coposizione tipica del syngas (%vol): 15% CO, 30% CO, 45% H, 10% CH 4 Gassificatori a letto fluido. E costituito da un letto di carbone fineente acinato e iscelato con una sabbia inerte (fig.5); un flusso continuo di ossidante e di vapore in pressione agisce da fluidificante. La teperatura operativa è di C. Aggiungendo sorbente al letto si può ottenere una buona riozione dello zolfo già in fase di produzione del syngas grezzo. Per questa configurazione risulta critico ottenere una buona conversione del carbonio che tende a rianere intrappolato nel letto di ceneri. Nella aggior parte dei casi è necessario evitare che le ceneri raggiungano il punto di fusione; in tal caso si forerebbero infatti degli aggloerati di ateriale inerte e ceneri fuse che provocherebbero una diinuzione della fluidità del processo, riducendone notevolente l efficienza. A questa categoria appartengono i processi KRW, HTW e U-gas. syngas carbone syngas vapore ossigeno o aria altezza gassificatore carbone vapore, ossigeno o aria cenere ceneri T [ C] Fig.5 - Schea concettuale di un gassificatore a letto fluido e distribuzione qualitativa della teperatura lungo l asse del reattore. Caratteristiche funzionale e prestazionali: - distribuzione unifore della teperatura lungo il gassificatore, la teperatura si antiene al di sotto della teperatura di fusione delle ceneri, fenoeno che distruggerebbe il letto; 9

10 - oderato consuo di ossidante (rapporto ossigeno/cobustibile = ); - oderato consuo di acqua (rapporto acqua/cobustibile = ); - il syngas presenta un basso contenuto di TAR a elevato trascinaento di particolato che richiede ricircoli di char; - edia potenzialità (30-60 in. di peranenza); - accetta una grande varietà di cobustibili; - possibilità di operare la desolforazione internaente al gassificatore; - coposizione tipica del syngas (%vol): 40% CO, 0% CO, 30% H. Gassificatori a flusso trascinato. Sono in pratica dei cobustori che lavorano in difetto di ossigeno (fig.6). Operano a teperature olto elevate ( C) in odo tale da avere una cinetica di reazione olto veloce e quindi tepi di residenza ridotti (pochi secondi). Le ceneri sono portate oltre il punto di fusione e poi separate sotto fora di slag. Tali gassificatori sono i più diffusi essendo seplici, econoici nonché copatti dal punto di vista realizzativo. Accettano qualsiasi tipo di carbone in qualunque pezzatura (da ridurre counque a polverino). Il loro punto critico è la necessità di operare un recupero terico efficiente dal syngas, essendo questo prodotto a teperature olto elevate, per non penalizzare le prestazioni dell ipianto. L alientazione, effettuata dall alto, è costituita da uno slurry in cui l acqua agisce da vettore che trasporta il carbone all interno del reattore in equicorrente con l ossidante; il syngas grezzo fluisce dal basso insiee alle ceneri scorificate che possono essere facilente riosse. A questa categoria appartengono i processi Shell, Texaco, Destec e olti altri. carbone vapore ossigeno o aria syngas altezza gassificatore carbone vapore, ossigeno o aria syngas scorie scorie T [ C] Fig.6 - Schea concettuale di un gassificatore a flusso trascinanto e distribuzione qualitativa della teperatura lungo l asse del reattore. 10

11 Caratteristiche funzionali e prestazionali: - elevato consuo di ossidante (rapporto ossigeno/cobustibile = ); - basso consuo di acqua (rapporto acqua/cobustibile = ); - possibilità di gassificare qualunque tipo di carbone; - syngas privo di idrocarburi pesanti e di etano; - scorie prodotte allo stato vetrificato e praticaente inerti; - elevata potenzialità (pochi secondi di peranenza del carbone nel reattore); - coposizione tipica del syngas (%vol): 60% CO, 3% CO, 30% H. Trattaento del carbone. Il trattaento del carbone coprende lo stoccaggio, la acinazione e la preparazione della iscela che alienta il gassificatore. Operando quest ultio ad alta pressione (30-70 bar) il carbone può essere inserito ediante due etodologie: - preparando un iscuglio di acqua-carbone, lo slurry, che viene successivaente popato all interno del gassificatore; - con i cosiddetti lock-hoppers che sono processi discontinui in cui il carbone è caricato a pressione atosferica in traogge, pressurizzato con gas, scaricato nel gassificatore e depressurizzato nuovaente per iniziare il ciclo. La pria soluzione è olto seplice e fornisce anche l acqua necessaria alla gassificazione: tale acqua, però, deve essere vaporizzata e sottrae pertanto apporto terico con conseguente riduzione del potere calorifico inferiore del syngas prodotto. L alientazione con slurry consente di iettere la iscela all interno del gassificatore ediante sistei di popaggio, olto più seplici e eno dispendiosi da un punto di vista energetico dei sistei con lock-hoppers necessari per l alientazione a secco. In fig.7 viene riportato lo spaccato di un rod ill all interno del quale il carbone viene acinato ediante rotazione delle strutture tubolari che si estendono per tutta la lunghezza del ulino e iscelato con acqua per produrre lo slurry. 11

12 carbone, acqua slurry Fig.7 - Spaccato di un Rod ill. La fig. 8 riporta scheaticaente le varie fasi di trattaento del cobustibile nel caso in cui il carbone sia alientato al gassificatore ediante slurry o traite lock hoppers. acqua silos di carbone popa stoccaggio rod ills serbatoio slurry slurry - al gassificatore a) Alientazione del gassificatore ediante slurry. silos di carbone lock hoppers stoccaggio acinazione essiccaento carbone trattato - al gassificatore b) Alientazione del gassificatore ediante lock hoppers. Fig.8 - Schei concettuali delle unità di trattaento del carbone. I gassificatori in pressione hanno counque il vantaggio di operare con inori volui di gas e quindi sono liitate le diensioni di tutti i coponenti. Unità di separazione dell aria (ASU). Questa sezione fornisce un ossidante ad alto tenore di ossigeno (solitaente il 95%) separandolo dall azoto presente nell aria. L ASU (Air Separation Unit) sfrutta un processo criogenico a doppia colonna che necessita di copressori, 1

13 scabiatori di calore e colonne di separazione all interno delle quali l aria viene distillata a bassa teperatura (fig.9). Le operazioni principali che avvengono all interno dell ASU sono: copressione dell aria, pre-purificazione e separazione. QASU LASU aria A.S.U. C COLD BOX ossidante unità di purificazione Fig.9 - Schea concettuale dell ASU. N L aria atosferica viene filtrata per riuovere le polveri presenti e copressa fino a una pressione di circa 5-6 bar, in seguito viene purificata per riuovere sostanze containanti, vapor d acqua e anidride carbonica che potrebbero congelare nelle fasi successive del processo. L aria, inviata nel cold box, viene portata ad una teperatura di circa 100 K passando in una serie di scabiatori di calore: per favorire il recupero terico un prio raffreddaento viene eseguito utilizzando il prodotto di fondo (ossigeno) della colonna di distillazione e successivaente il prodotto di testa (azoto) entre l ultio raffreddaento viene effettuato con un fluido criogenico. Infine, l aria, entra nella colonna di distillazione all interno della quale, per via dei differenti punti di ebollizione, viene separata in ossigeno, azoto e argon (fig.10). O - al gassificatore N - prodotto di testa unità di purificazione fluido criogenico colonna di distillazione HO aria O - prodotto di fondo N - alla caera di cobustione della TG Fig.10 - Particolare dell ASU. 13

14 L ASU fornisce ossigeno a pressione e teperatura abiente: è quindi necessaria una copressione fino alla pressione vigente nel gassificatore: Generalente si realizza una copressione interrefrigerata in più stadi che consente sia di contenere il lavoro di copressione sia di evitare il raggiungiento di teperature finali di copressione critiche (l ossigeno ad alta teperatura diventa corrosivo). La gassificazione ad ossigeno offre due vantaggi fondaentali rispetto a quella ad aria: - il syngas ha un potere calorifico aggiore non essendo diluito dall azoto e quindi, a parità di output energetico, ne occorre una portata inore con conseguenti vantaggi in terini di diensioni dei coponenti dell ipianto; - nel gassificatore non entra l inerte che richiederebbe calore per essere portato alle teperature vigenti nel gassificatore, con un avanzaento delle reazioni di ossidazione e quindi un ulteriore diinuzione del potere calorifico, nonché un increento del flusso terico da recuperare. La produzione e copressione dell ossigeno è tuttavia un processo oneroso da un punto di vista energetico (viene assorbita circa il 10% della potenza netta prodotta dall ipianto IGCC), che coporta una penalizzazione dell efficienza globale dell ipianto. Infine, vale la pena accennare alla possibilità di alientare l ASU prelevando la portata d aria necessaria dal copressore della turbina a gas. Questa soluzione detta integrata prevede che l aria copressa vada direttaente alle colonne di distillazione (con il vantaggio di eliinare un copressore ad-hoc per alientarle). In questo odo, però, l ASU diventa pressurizzato e produce così ossigeno e azoto a circa 3 bar (considerando pari a bar la pressione dell aria all ingresso dell ASU). Inoltre l aria, all uscita del copressore, deve essere raffreddata con conseguente necessità di un recupero terico e quindi ulteriori scabiatori di calore. L integrazione ASU-TG, quindi, coplica notevolente sia il lay out sia la gestione dell ipianto. Raffreddaento del syngas e recupero terico. Il syngas grezzo, all uscita del gassificatore è un gas caldo e sporco. Gli eleenti inquinanti presenti, in percentuali variabili a seconda della pezzatura del carbone utilizzato e della tipologia di reattore adottato sono: ceneri, zolfo, etalli alcalini, aoniaca, etalli pesanti, ercurio, etc. La riozione di tali inquinanti richiede di portare il gas di sintesi a una teperatura prossia a quella abiente; è necessario, quindi, operare un raffreddaento con un efficiente recupero 14

15 terico. Considerando un gassificatore a flusso trascinato alientato da uno slurry di acqua-carbone, il flusso energetico entrante è costituito dalla portata di carbone per il suo potere calorifico inferiore entre i flussi energetici uscenti sono: - la portata del syngas ottenuto per il suo potere calorifico inferiore, che rappresenta l output pregiato dell isola di gassificazione e che costituisce l input principale dell isola di potenza. Si definisce cold gas efficiency : cold gas efficiency syngas carbone H H isyngas icarbone tale valore non va inteso coe il rendiento del gassificatore dal oento che sono presenti altri flussi energetici che interessano il rendiento finale di conversione del carbone in elettricità; - le perdite teriche, il carbonio incobusto, il rilascio delle ceneri e dello slag ad alta teperatura, pari a pochi punti percentuali rispetto al flusso terico in ingresso; - la perdita relativa al potere calorifico dello zolfo che verrà separato per otivi di ipatto abientale, il cui valore dipende dal tenore di zolfo contenuto nel carbone di partenza; - il flusso terico associato al raffreddaento del syngas che rappresenta una quota di notevole entità rispetto all apporto terico introdotto nel sistea (dell ordine del 0%). carbone - 1 kg ossidante kg/kgcarb acqua kg/kgcarb Φcarbone = 100% Pelettrica = 4.5% Φint.ASU = 3.86% Gassificatore Φperdite teriche = 0.6% Φincobusti,ceneri = 1.07% ΦHS =.3% Φterico = 1.59% syngas kg/kgcarb Φsyngas = 75.1% Fig.11 - Bilancio di assa e di potenza terica in un gassificatore a flusso trascinato. 15

16 In fig. 11 è riportata una scheatizzazione a black box dei principali flussi di assa e potenza terica in un gassificatore a flusso trascinato. Il raffreddaento del syngas costituisce un apporto energetico significativo: il suo efficiente recupero è pertanto un eleento rilevante ai fini della valutazione delle prestazioni dell intero ipianto. Tipicaente il calore viene sfruttato per produrre vapore a diversa pressione che evolve nel ciclo bottoing dell isola di potenza. A questo scopo vengono ipiegati scabiatori di calore che possono essere olto delicati e costosi (chiaati syngas coolers ). Facendo riferiento ai gassificatori a flusso trascinato sono individuabili quattro sistei principali: - syngas coolers radiativo e convettivo (fig.1): si ha un prio raffreddaento del syngas, uscente ad alta teperatura dal gassificatore ( C), fino a circa 900 C in uno scabiatore radiativo (dove il eccaniso di scabio terico prevalente è l irraggiaento). Lo slag che solidifica viene successivaente separato da un ciclone. Segue un secondo raffreddaento del syngas, che porta il gas a teperature di C traite uno scabiatore convettivo. Entrabi i syngas coolers producono vapore ad alta pressione ( bar) e pertanto effettuano un recupero terico efficiente. Questa soluzione è caratterizzata da elevati costi di investiento. Un esepio di realizzazione è l ipianto di Tapa (Florida) con tecnologia Texaco. syngas, T=1350 C T=50 C vapore AP scabiatore radiativo scabiatore convettivo T=900 C ceneri Fig.1 - Scea concettuale di syngas coolers radiativo e convettivo. - spegniento (quench) dei gas ad alta teperatura ediante iniezione di acqua o di slurry acqua-carbone (fig.13): viene dappria abbassata la teperatura del gas di sintesi, traite iniezione di acqua, fino a valori dell ordine dei C, successivaente vengono separate le ceneri solidificate e quindi viene ipiegato uno scabiatore convettivo che produce 16

17 vapore ad alta pressione. Un esepio di realizzazione è l ipianto di Wabash River (USA) con tecnologia Destec. T=50 C vapore AP syngas, T=1350 C scabiatore convettivo acqua quench parziale T=900 C ceneri Fig.13 - Schea concettuale di quench ediante iniezione di acqua o di slurry. - quench ad alta teperatura ediante ricircolazione parziale del gas di sintesi già raffreddato (fig.14): a differenza dello schea precedente in questo caso viene usato il syngas freddo che viene parzialente ricircolato per effettuare lo spegniento, segue la riozione dello slag e lo scabiatore convettivo per la produzione di vapore di alta pressione. Due esepi realizzativi sono gli ipianti di Buggenu (Olanda) e Puertollano (Spagna) con tecnologia Shell e Prenflo. ricircolo syngas T=50 C vapore AP syngas, T=1350 C scabiatore convettivo syngas quench T=900 C ceneri Fig.14 - Schea concettuale di quench con ricircolazione parziale del syngas. - quench copleto (fig.15): in questo caso il syngas viene raffreddato con un ingente quantitativo di acqua fino a portarlo a condizioni di saturazione: la teperatura che si ottiene dipende ovviaente dalla pressione del gassificatore (per i valori operativi tipici è attorno ai 50 C). Il livello di teperatura a cui è possibile recuperare calore, prevalenteente dalla condensazione dell acqua evaporata nel quench, viene drasticaente ridotto 17

18 (con il risultato di produrre vapore di bassa pressione a non più di 10-0 bar). Il grande vantaggio rispetto alle altre configurazioni è l eliinazione dei syngas coolers, con conseguente riduzione dei costi ipiantistici ed auento dell affidabilità. Esepi realizzativi sono i tre ipianti italiani di gassificazione dei residui di raffineria basati su tecnologia Texaco: Sarroch (Sardegna), Falconara (Marche) e Priolo Gargallo (Sicilia). vapore BP syngas, T=1350 C acqua quench copleto scrubber T=50 C ceneri e fanghi Fig.15 - Schea concettuale di quench copleto. Il recupero terico richiede altri scabiatori, eno ipegnativi dal punto di vista progettuale ed econoico, che portano il syngas a circa C. Tale calore viene utilizzato per: - preriscaldare il gas depurato anche ediante saturazione; - produrre vapore di bassa pressione. Tale discussione però andrebbe riferita a schei ipiantistici ben precisi. Depurazione del syngas. Il syngas prodotto dal gassificatore contiene una serie di sostanze indesiderate quali ceneri fini (fly-ash, ceneri volanti), particolato e acidi solforati che è necessario riuovere in quanto rendono ipossibile l uso tal quale del gas grezzo di sintesi. La sequenza dei sistei di depurazione dipende dal gassificatore adottato: i vari reattori, infatti, producono syngas di diverse caratteristiche (teperatura, contenuto di tar, particolato, etc.) che influenzano significativaente la configurazione del sistea di depurazione del gas grezzo: - nei gassificatori a letto fisso, caratterizzati da odesta teperatura del syngas grezzo prodotto, con presenza di idrocarburi pesanti e di particolato, il raffreddaento e la riozione di polveri avviene siultaneaente in un unico coponente, a valle del quale il syngas viene poi desolforato (fig.16). 18

19 syngas grezzo Raffreddaento e depurazione syngas grezzo Riozione HS e COS syngas depurato vapore particolato, TAR, polveri HS - COS Fig.16 - Sequenza dei sistei di depurazione nei processi a letto fisso. - nei gassificatori a letto fluido, con gassificatori operanti a teperature elevate, con edio-basso contenuto di tar ed elevato trascinaento del particolato, è innanzitutto necessario depolverizzare il syngas (generalente ediante un ciclone), successivaente il syngas viene raffreddato (e si produce vapore), depolverizzato a fondo e infine desolforato (fig.17). syngas grezzo Riozione particolato Raffreddaento gas grezzo Lavaggio gas grezzo Riozione HS e COS syngas depurato particolato vapore polveri HS - COS Fig.17 - Sequenza dei sistei di depurazione nei processi a letto fluido. - nei processi a letto trascinato, caratterizzati da teperature elevate del syngas grezzo e assenza di idrocarburi pesanti, è essenziale operare, coe già detto in precedenza, un raffreddaento del gas di sintesi ad alta teperatura; successivaente il syngas viene depolverizzato e infine desolforato ediante processi a bassa teperatura (fig.18). syngas grezzo Raffreddaento gas grezzo Lavaggio gas grezzo Riozione HS e COS syngas depurato vapore particolato HS - COS Fig.18 - Sequenza dei sistei di depurazione nei processi a letto trascinato. Riozione delle particelle solide. Per la riozione delle particelle solide sono disponibili diverse tecnologie che sostanzialente dipendono dai seguenti fattori: 19

20 - caratteristiche del particolato: in particolare la granuloetria, le caratteristiche chiico-fisiche (viscosità, coesione, densità); - caratteristiche dell effluente gassoso: quali teperatura, pressione, uidità, contenuto di sostanze corrosive o tossiche; - caratteristiche operative: quali l efficienza di riozione richiesta, la portata voluetrica da trattare, eventuali liitazioni sugli ingobri. I vari sistei di separazione a disposizione differiscono per il principio di separazione adottato. L effetto finale è l urto delle particelle contro pareti solide o superfici liquide che quindi riducono la velocità delle particelle solide consentendo la separazione dal flusso gassoso. Le cause che deterinano l urto differiscono a seconda del sistea di riozione considerato; quelle che interessano in questa sede sono sostanzialente le seguenti: - urto diretto: la particella ipatta frontalente contro superfici solide o liquide disposte lungo la sua traiettoria, i sistei di riozione che operano secondo questo principio sono i filtri e le torri di lavaggio; - forza di gravità: la coponente di velocità verticale della particella (deterinata proprio dalla forza di gravità) diventa significativa ai fini della separazione delle particelle quando è confrontabile con la velocità di trascinaento coe avviene nel caso delle caere di sedientazione; - forza centrifuga: un intenso oto rotatorio può ipriere alle particelle un elevata coponente di velocità in direzione radiale fino a portarle all urto con le pareti laterali del sistea di riozione (coe nel caso dei cicloni); - forze elettriche: le particelle solide vengono deviate dalla loro traiettoria applicando forze elettriche che ne consentono l attrazione verso superfici conduttrici con conseguente urto e separazione, in base a questo principio funzionano i precipitatori elettrostatici. Tali fenoeni possono essere presenti anche conteporaneaente in uno stesso dispositivo. Ci sono poi fenoeni secondari (urto tra particelle e aggloerazione) che coplicano la fenoenologia e la scheatizzazione dei processi. I sistei per la riozione del particolato sono: - separatori a gravità (caere di sedientazione); - separatori centrifughi (cicloni, ulticicloni); - separatori ad uido (wet scrubbers); - filtri a anica; - precipitatori elettrostatici (ESP). 0

21 Le prestazioni di un sistea di riozione del particolato vengono caratterizzate, in genere, da due indici: - l efficienza globale di riozione: definita coe il rapporto tra la assa di particolato riossa e quella inizialente presente nel gas da trattare; - l efficienza frazionata: definita coe il rapporto tra la assa di particolato di diensioni prefissate riossa e quella inizialente presente nel gas da trattare. Tale rendiento è tanto più basso quanto inore è la diensione delle particelle considerate. I diversi paraetri operativi per le principali tecnologie disponibili sono riportati in tab. 1. I costi e le perdite di carico sono riportati secondo una scala da 1 a 10. Sistea di riozione Efficienza globale Costo iniziale Costo di esercizio Perdite di carico Caere di sedientazione 60% Cicloni 85% 3 Precipitatori elettrostatici 99% Filtri a anica 99% 8;9 5;9 Torri di lavaggio 95% Tab.1 - Paraetri operativi delle principali tecnologie di riozione del particolato. La tab. riporta sinteticaente i vari capi di applicazione e i relativi vantaggi e svantaggi dei diversi sistei di riozione del particolato. Sistea di riozione Capo di applicazione Vantaggi Svantaggi Riozione di polveri Bassi costi, seplicità Efficienza odesta, rischi Cicloni grossolane e versatilità, basso di erosione, corrosione e ingobro intasaento Riozione di polveri Alta efficienza, Elevati costi iniziali, Precipitatori resistive, con un apio adattabilità ad alte pres- anutenzione onerosa, elettrostatici (ESP) intervallo di diensioni, sioni e teperature, sensibilità alle variazioni portata e teperatura del basse perdite di carico di teperatura, rischio di gas incendio Concentrazioni di polveri Alta efficienza e basso Alti costi di gestione, Filtri a anica non troppo elevate, gas ingobro sensibilità ai gas aggresnon aggressivo sivi e all'uidità, rischio di intasaento e di incendio Riozione di polveri Alta efficienza, bassi Alti costi di gestione, adesive, con rischio di costi, basso ingobro, rischio di corrosione e Precipitatori a uido incendio o esplosione, riduzione del rischio di intasaento, recupero portate di gas anche olto incendi e di esplosioni delle polveri sotto fora variabili di fanghi Tab. - Capi di applicazione e caratteristiche dei sistei di riozione del particolato. 1

22 La riozione del particolato negli ipianti IGCC è affidata prevalenteente ai sistei ad uido (torri di lavaggio) e ai cicloni. I cicloni riuovono soltanto le particelle solide di aggiori diensioni che potrebbero poi produrre erosione e sporcaento dei syngas coolers; vengono generalente utilizzati con gassificatori a letto fluido per consentire una pria depolverizzazione del gas grezzo. Gli scrubbers, da utilizzarsi a valle dei syngas coolers, consentono una riozione efficace dei solidi e raccolgono in soluzione le tracce di aoniaca, acido cianidrico e etalli alcalini (Na, K, Li). Tali sostanze infatti causerebbero problei di eissioni e di corrosione della TG. Le acque raccolte dagli scrubbers devono essere trattate e possono in parte essere riciclate contribuendo in aniera non indifferente a coplicare la soluzione ipiantistica. Infine sono possibili filtrazioni a secco che richiedono l aggiunta di reagenti per assorbire i etalli e l aoniaca. Riozione dei coposti dello zolfo. Lo zolfo presente nel cobustibile si ritrova nel syngas sotto fora di solfuro di idrogeno, H S, e talvolta di solfuro di carbonile, COS, con percentuali in volue dell ordine dell 1-%. La parte restante di zolfo che era inizialente presente nel cobustibile, viene neutralizzato dai coposti basici presenti nelle ceneri ( CaO e MgO ) e si ritrova nelle scorie prodotte dal gassificatore. Il sistea di riozione dei coposti dello zolfo di un ipianto di gassificazione prevede tre stadi: la sezione di separazione dei coposti dello zolfo, la sezione di recupero dello zolfo eleentare e la sezione di trattaento dei gas di coda (fig.19). gas di syngas grezzo Separazione dei HS - COS Recupero zolfo coda Trattaento dei scarico in atosfera coposti solforati eleentare gas di coda syngas desolforato zolfo Fig.19 - Schea concettuale del sistea di riozione dei coposti dello zolfo. Separazione dei coposti dello zolfo. La separazione dei coposti dello zolfo presenti nel syngas avviene sfruttando un processo di tipo fisico o chiico (analogo a quello che verrà descritto in seguito relativaente al processo di riozione dell anidride carbonica). L efficienza di riozione del solfuro di idrogeno è elevatissia, superiore al 99%, pertanto si può

23 ritenere che tale coposto venga eliinato copletaente dal oento che le poche tracce di HS che riangono nel syngas depurato hanno un effetto trascurabile sui bilanci di assa e di energia. Nel caso fosse presente il solfuro di carbonile in elevati rapporti olari rispetto al solfuro di idrogeno sarebbe opportuno, data la sua scarsa efficienza di riozione (circa il 0%), introdurre uno stadio di conversione catalitica del COS in HS a onte del processo di depurazione del syngas. Tale conversione avviene a teperature dell ordine di circa 00 C, secondo la reazione di idrolisi del COS: COS HO HS CO La separazione dei coposti dello zolfo dal syngas avviene ettendo a contatto il syngas stesso con un opportuno solvente: nei processi di assorbiento chiico il solvente reagisce con il coposto da separare e fora deboli legai chiici; nei processi di assorbiento fisico, invece, l interazione tra solvente e coposto da separare è di natura fisica. Per entrabi i processi di separazione esiste un legae tra la pressione parziale del coposto da separare ed il rapporto tra volue di coposto riosso e volue di solvente. In base a tale legae, i processi di assorbiento fisico sono convenienti quando il coposto da riuovere è presente in elevata concentrazione ed è quindi caratterizzato da un elevata pressione parziale; la rigenerazione del solvente viene realizzata in questo caso attraverso una progressiva riduzione della pressione (flash). I processi di assorbiento chiico, invece, sono da preferirsi quando si hanno basse pressioni parziali del coposto da separare. La rigenerazione del solvente avviene in questo caso per via terica, ovvero si fornisce calore che increenta la teperatura del solvente, ricco del coposto da separare, ed i legai chiici si ropono. syngas depurato HS, COS syngas grezzo Colonna di assorbiento Colonna di rigenerazione calore solvente ricco solvente povero Fig.0 - Schea concettuale del sistea di separazione dei coposti dello zolfo. Più nel dettaglio, la fase di assorbiento (in questo caso chiico, fig.0) avviene all interno di una colonna a piatti in cui il solvente povero entra in contatto con il syngas da trattare. Il syngas depurato esce dalla testa della colonna entre il 3

24 solvente ricco dei coposti assorbiti viene estratto dal fondo della colonna. Tale solvente ricco, riscaldato dal solvente povero, viene inviato nella colonna di rigenerazione in cui per via terica rilascia i coposti assorbiti. Il solvente povero viene di nuovo inviato alla torre di assorbiento traite un opportuna popa e viene raffreddato dal solvente ricco uscente dalla colonna di assorbiento. I processi fisici aggiorente utilizzati sono: - il processo Rectisol: avviene a bassa teperatura ed alta pressione e richiede etanolo coe solvente; - il processo Purisol; - il processo Selexol I processi chiici utilizzano solventi a base di soluzioni acquose di aine; l assorbiento avviene a teperature di 5-50 C e a bassa pressione; la rigenerazione avviene a C. Recupero dello zolfo eleentare. La corrente gassosa ricca di coposti solforati prodotta allo scarico della sezione di rigenerazione del solvente viene inviata alla sezione di recupero dello zolfo. Generalente gli ipianti per il recupero dello zolfo sono di tipo Claus (fig. 1), nei quali il solfuro di idrogeno viene convertito in zolfo attraverso uno o più stadi terici e catalitici. Le reazioni proosse sono le seguenti: 3 HS O HO SO Stadio terico H S SO H O 3S Stadio catalitico 3 3HS O 3HO 3S Reazione globale Nello stadio terico avviene una pria reazione di ossidazione, veloce e a teperatura elevata ( C) all interno di un reattore tipo forno. L aria alientata è sufficiente a far ossidare circa un terzo dell HS ad SO, nonché tutte le altre specie cobustibili eventualente presenti nei gas. La corrente gassosa prodotta in questo prio stadio viene raffreddata all interno di un generatore di vapore a recupero nel quale si produce vapore di edia pressione. Successivaente la corrente gassosa attraversa il prio stadio catalitico dove, ad una teperatura di circa C una parte dell HS reagisce con la SO forando zolfo eleentare e acqua. Il gas viene successivaente sottoposto a raffreddaento per far condensare e riuovere lo zolfo; l energia terica liberata durante la condensazione dello zolfo viene recuperata ed utilizzata per produrre vapore di bassa pressione. 4

25 vapore acqua vapore gas da trattare aria Stadio terico GVR Stadio catalitico GVR acqua zolfo gas puro di coda Fig.1 - Schea concettuale di un ipianto Claus. In un ipianto Claus circa il 90-98% dello zolfo inizialente contenuto nei gas alientati all ipianto viene di nora recuperato sotto fora di zolfo eleentare. Trattaento dei gas di coda. Lo zolfo ancora presente nei gas allo scarico ( gas di coda ) sotto fora di solfuro di idrogeno e SO viene trattato in una apposita unità pria di essere scaricato in atosfera. Il processo che classicaente si abbina a valle del Claus è lo SCOT (Shell Claus Off-gas Treatent, fig.). Tale processo consta di un prio stadio catalitico, operante a bassa teperatura (circa 150 C) e con catalizzatori a base di cobalto e olibdeno, nel quale tutti i coposti dello zolfo presenti vengono convertiti in HS. Successivaente i gas contenenti il solfuro di idrogeno vengono raffreddati attraverso un GVR per la produzione di vapore di bassa pressione, ed inviati in una sezione di assorbiento dell HS operante con solventi a base di aine. I gas ricchi di HS presenti allo scarico della colonna di rigenerazione del solvente vengono ricircolati a onte della stessa unità Claus. I gas di scarico così trattati vengono di solito inviati in un inceneritore pria di essere iessi in atosfera. gas di ricircolo fui Inceneritore Riozione HS aria gas da trattare Processo Claus HS e SO Stadio catalitico HS GVR acqua zolfo vapore Fig. - Schea concettuale di un ipianto SCOT. 5

26 Tutti i processi finora introdotti sono perfettaente noti nell industria chiica e petrolifera e non costituiscono quindi un eleento critico per gli ipianti IGCC. La riozione dei coposti solforati è pressoché copleta (>99%) e lo zolfo viene prodotto in fora coerciabile. Nessun altra tecnologia risolve così brillanteente i problei legati all ipatto abientale di questo eleento. Questo consente agli IGCC di operare anche con cobustibili ad elevatissio tenore di zolfo (residui di raffineria, petcoke). Negli ultii anni grandi sforzi sono stati dedicati allo sviluppo di sistei di pulizia a caldo del syngas con vantaggi in terini di: - seplificazione dell ipianto; - riduzione dell iportanza delle apparecchiature di scabio terico; - increento del rendiento. Tali sistei dovrebbero essere basati su filtri ceraici e su letti di ossidi etallici rigenerati ad aria per l assorbiento dei gas acidi. Questi dispositivi non sono disponibili né a livello industriale né a livello diostrativo su larga scala. Oltre ai problei legati al loro sviluppo, soprattutto per i filtri ceraici, riarrebbero l aoniaca ed i sali alcalini senza considerare che la riozione dello zolfo non sarebbe efficiente quanto ora. L isola di potenza. L isola di potenza è costituita da un ipianto cobinato alientato dal syngas pulito con un apporto aggiuntivo di vapore ricavato dal syngas cooling, che viene fatto espandere in turbina insiee a quello prodotto dal generatore di vapore a recupero. Alla sezione di potenza arrivano quindi: - syngas che alientando la turbina a gas verrà convertito in potenza con un rendiento siile a quello di un ciclo cobinato; - vapore che verrà convertito in potenza con un rendiento tipico di un ciclo a vapore. In pria approssiazione la soa dei due contributi si può considerare costante nei diversi processi di gassificazione e quindi, per increentare il rendiento globale dell ipianto, è necessario assiizzare il prio flusso 3 rispetto al secondo. Da questa seplice considerazione scaturiscono due iportanti iplicazioni: In quanto il calore sensibile del syngas costituirebbe un apporto diretto di energia al processo di cobustione finale. 3 Ossia avere la aggiore cold gas efficiency possibile. 6

27 - la gassificazione con aria quale ossidante è svantaggiosa rispetto a quella con ossigeno: utilizzando l aria, infatti, si ritrova nel syngas l azoto (presente nell aria) che deve essere portato alla teperatura del gassificatore, a spese del potere calorifico del syngas, e che deve essere poi raffreddato fino alle teperature tipiche dei sistei di depurazione precedenteente esainati. La cold gas efficiency diinuisce (sotto il 50% nei gassificatori a flusso trascinato) e si increenta la potenza della sezione a vapore, che risulta però essere eno efficiente; - i gassificatori che producono gas di sintesi più freddi (quelli a letto fisso e a letto fluido) dovrebbero risultare più efficienti per il inor recupero terico da operare sul syngas a favore del potere calorifico. In queste configurazioni si potrebbe adottare la gassificazione ad aria che ha tuttavia evidenziato problei in fase di esercizio con il risultato di precludere la diffusione di questa tecnologia. Motivi econoici e progettuali hanno pertanto decretato il successo della gassificazione ad ossigeno. Relativaente ai singoli sottosistei dell isola di potenza è ora necessario focalizzare le principali differenze che intercorrono tra un convenzionale ipianto alientato a gas naturale ed uno alientato a syngas. Ipianto sovrapposto (TG). Dal oento che il gas di sintesi è il cobustibile che alienta l ipianto cobinato, è iportante stabilire coe si coporta una turbina a gas alientata con tale cobustibile piuttosto che con il consueto gas naturale. Il syngas presenta 3 un potere calorifico inore rispetto a quello del gas naturale ( H =35.8 MJ/N i ) 3 essendo costituito principalente da onossido di carbonio ( H =1.6 MJ/N ) e 3 da idrogeno ( H =10.8 MJ/N ). Inoltre, è pratica coune diluire il gas di sintesi i con acqua o azoto per liitare le eissioni di NO x in caera di cobustione e per recuperare il calore rilasciato dall isola di gassificazione. Un valore di riferiento per il potere calorifico inferiore del syngas è 8-1 MJ/kg in assenza di diluizione e 5-8 MJ/kg nel caso di diluizione con azoto, rispetto ai MJ/kg del etano. A parità di potenza terica sviluppata si ha: i H H syn i CH i syn 4 CH4 7

28 syn CH4 Hi CH H isyn ossia la portata assica di cobustibile diventa da 5 a 10 volte superiore rispetto a quella di gas naturale. A parità di portata d aria aspirata dal copressore, auenta la portata di fluido che espande in turbina, rispetto al caso di alientazione a gas naturale, con un conseguente cospicuo auento della potenza erogata dall espansore ed un auento ancora più sensibile della potenza prodotta dall ipianto (essendo riasta inalterata la potenza assorbita dal copressore). Volendo quantificare i precedenti effetti si consideri una turbina a gas alientata a gas naturale per la quale si ha: 55 kg CH 4 aria kg cobustibile a a Ipotizzando che la potenza assorbita dal copressore sia pari al 55% di quella generata dalla turbina si ha: P P P P 0.55 P 0.45 P TG CH4 ech c 4 CH e 4 CH e e 4 CH4 CH4 Nel caso in cui la turbina venga alientata con syngas, assuendo H kj / kg e H 7000 kj / kg, si ottiene la quantificazione del i CH 4 i syn syngas in ingresso alla caera di cobustione rispetto alla quantità di aria aspirata dal copressore: H H ich i 4 CH4 a syn CH a Hi H syn i syn In pria approssiazione, la potenza dell espansore è proporzionale alla portata dei gas evolventi nella acchina e pertanto si ha: Pe ( ) syn f syn a syn Pe f 1.11 P ( ) e f a CH CH4 CH4 P P P 1.11 P 0.55 P 0.56 P 4 TG e c e c e syn syn syn CH4 CH4 CH4 L auento di potenza è quantificabile coe: 8

29 P P TG PTG P syn TGCH 4 4% P TGCH TG 4 CH4 L auento della portata evolvente nella turbina, però, coporta un auento della pressione al suo ingresso. Considerando, infatti, valida l ipotesi di blocco sonico del prio statore dell espansore, ovvero: 3 3 p 3 T cost è iediataente chiaro che un auento della portata fui, 3, conduce ad un auento della pressione p 3, a parità di T 3. Il copressore è quindi chiaato a sviluppare un rapporto di copressione più elevato, a tale situazione potrebbe diventare incopatibile con i liiti di stallo del copressore. Qualora venissero superati i argini di stallo si potrebbe agire in due odi diversi: - auentando la sezione di passaggio degli ugelli di turbina o aggiungendo stadi di alta pressione al copressore (tali odifiche risultano essere coplesse e costose); - riducendo la portata di aria aspirata regolando le IGV 4 (rinunciando in questo caso all increento di potenza). Altre odifiche, anche se di inor rilievo, riguardano il cobustore, soprattutto per consentire il aggior flusso di cobustibile. La TIT 5 può essere antenuta costante viste le ottie caratteristiche fisiche del syngas. Infine, sono da considerare iportanti aspetti riguardanti il controllo delle eissioni di ossidi di azoto ( NO x ), la cui forazione è favorita dal ben più elevato valore che raggiunge la teperatura di fiaa stechioetrica rispetto al caso di alientazione a gas naturale. La soluzione couneente ipiegata negli ipianti di gassificazione del carbone per liitare la forazione di NO x prevede il anteniento di un cobustore di tipo diffusivo nel quale la teperatura della fiaa viene odulata ediante iscelazione del cobustibile con inerti quali acqua-vapore o azoto. In particolare per ottenere eissioni dell ordine dei 5 pp 6, ottenibili con le oderne acchine a gas naturale con cobustori preiscelati, è necessario abbattere la teperatura della fiaa fino a livelli 4 IGV (Inlet Guide Vane): la pria schiera di palette del copressore è regolabile in aniera tale da poter odificare la portata di aria aspirata. 5 TIT (Turbine Inlet Teperaure) è la teperatura che si ottiene iscelando i gas cobusti con l aria di raffreddaento della pria schiera statorica. 6 Si fa riferiento, con la dizione abbreviata pp, alle parti per ilione in volue nei gas secchi (ppvd) al 15 % di ossigeno, che è il norale riferiento per le eissioni delle turbine a gas. 9