Sistemi per la produzione di energia elettrica su piccola scala da biomassa lignocellulosica

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1 Sistemi per la produzione di energia elettrica su piccola scala da biomassa lignocellulosica UNIVERSITA DEGLI STUDI DI FIRENZE Facoltà di Ingegneria

2 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, ma in rapido sviluppo e prima commercializzazione Combustione (diretta, esterna) Pirolisi Gassificazione Eccezioni: Biogas, Olio Vegetale Puro

3 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

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

5 Pirolisi Tre prodotti: carbone (char), olio (tar) e gas. Tecnologia emergente, anche se non nuova Devolatilizzazione anaerobica a C seguita da combustione o gassificazione Boiler Bio-oil Upgrade Extract Due opzioni di processo valorizzazione energetica del solo gas di Electricity Transport fuel pirolisi (biomasse difficili ) in pirolisi lenta/intermedia + char e tar pirolisi flash (veloce) per produzione di bio crude oil Heat Chemicals

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7 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

8 Tipologie principali di Gassificatori a Letto Fisso Updraft Double Fire Two/Three Stage Biomass Brennstoff Downdraft L u ft Air Air Gas, Tar L u ft Produktgas Air L u ft Trocknung Pyrolyse Air Oxidation Reduktion Oxidation Asche Ash Fonte: H.Hofbauer, Wien University, 2007 IMPIANTI DI PICCOLA TAGLIA O PER SOLA GENERAZIONE DI CALORE

9 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

10 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 NH 3 ed HCN Formazione di NO X Tars Aromatici refrattari Intasamento filtri, difficoltà di combustione, depositi all interno dell impianto, avvelenamento catalizzatori Zolfo, cloro H 2 S, HCl Corrosione, emissioni, avvelenamento catalizzatori Scrubbing, SCR (riduzione catalitica selettiva) Cracking termico o catalitico, rimozione Scrubbing con dolomite o calce, assorbimnento

11 Rimozione dei tar 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

12 Sistemi per la rimozione o la conversione dei tar Stassen, Prins, Van Swaaji, 2002

13 CLOSED TOP THROATED (IMBERT-TYPE) GASIFIERS Principali criticità Area di combustione limitata (pb uniformità T) Poca flessibilità nella tipologia e pezzatura combustibile Capacità Turn down limitato

14 OPEN-TOP TWIN-FIRE GASIFIER AT CREAR Principali vantaggi Zona di combustione maggiorata E quindi Tempi di residenza maggiori Tar cracking maggiore Overcome 500 kg/h sicurezza

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16 Metanazione da Biomassa Lignocellulosica Milena-OLGA SNG Pilot & Demo, The Netherlands Energy efficiency: approx 70 % Additional power from heat: 5-8 % Source: Zwart et al, ECN-E 01018, 2006 Open-Top Twin-Fire Biomass Gasifier (IIS-CREAR)

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21 Colle Val d Elsa, Italy

22 22 Grazie per l attenzione