ICARO Srl Via Principe Pignatelli 13, 65012 Villanova di Cepagatti (PE) www.icaro-srl.eu
Biomasse
Idrogeno da Biomasse: La Reformazione a Stadi
La Reformazione a Stadi è
stata sviluppata per produrre,
in modo semplice ed...
Materiali Input
COMBUSTIBILE PROVENIENZA/CARATTERISTICHE PREVALENTI UMIDITA'
MEDIA
1 Potature Provengono da: 20-40%
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Syngas e Idrogeno dal processo Blue Tower
Il Syngas prodotto tramite il processo Blue Tower è ottenuto da un processo di...
CopyrightbyDEG-EngineeringGmbH
Deposito Rifiuti
ca.1200 m2 H = 8m aperto
Capacità 1 settimana
Torre Blu
H=ca.33m
Legenda
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MCFC
OPTION
Fuel Cell
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PSA + Desulfurisation
for H2-Production
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Organic Rankine Cy...
DESCRIZIONE DELL'IMPIANTO BLUE TOWER NEI SUOI PARTICOLARI
Tecnologia di base del processo produttivo.
L’impianto Blue Towe...
vapore a bassa pressione proveniente dagli stadi inferiori dell’unità attraversa il letto, e insieme ai
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  1. 1. ICARO Srl Via Principe Pignatelli 13, 65012 Villanova di Cepagatti (PE) www.icaro-srl.eu Biomasse
  2. 2. Idrogeno da Biomasse: La Reformazione a Stadi La Reformazione a Stadi è stata sviluppata per produrre, in modo semplice ed economico, gas pregiato, non diluito, con alto contenuto di idrogeno, (> 50%vol) da Biomasse e scarti di poca rilevanza economica. In questo modo è possibile, non solo produrre energia elettrica con massima efficienza tramite motori a gas, ma bensì anche un gas di sintesi per l‘alimentazione di Fuel Cells del tipo MCFC o addirittura puro idrogeno per Fuel Cells PI/PAFC. La Reformazione a Stadi è un processo a due stadi che lavora a pressione atmosferica, dove le Biomasse vengono prima gassificate. Successivamente il gas di pirolisi viene reformato insieme al vapore in gas con alto contenuto di idrogeno. Il calore necessario è fornito dalla combustione del carbone di pirolisi. Una gestione con scarico acque zero è possibile. A Herten (Germania) è stato installato un‘impianto pilota da 1 MWtermico, dove sono possibile effettuare prove di combustione.
  3. 3. Materiali Input COMBUSTIBILE PROVENIENZA/CARATTERISTICHE PREVALENTI UMIDITA' MEDIA 1 Potature Provengono da: 20-40% a) oliveti b) frutteti e) Aree a verde d) Pulizia alvei 2 Graspi E' previsto un pretrattamento prima dell'avvio alla centrale (spremitura) 60% 3 Farina di vinaccioli Viene utilizzata tal quale 15% 4 Scarti Industria del legno Sono costituiti da: a) Rifili 20-35% b) Polverino (dim <0,5 mm) 10% 5 Cippati forestali Provengono dal taglio dei cedui e dai diradamenti di rimboschimenti. 30-40% Le specie prevalenti sono: a) Faggi b) Pioppo C) Abeti d) Pino e) Roverella 6 Bucce di arancio / noccioli Provengono dall'industria conserviera 10-30% 7 Sanse esauste Viene utilizzata tal quale 10- 15% 8 Sanse vergini Viene utilizzata tal quale 40-50% 9 Vinacce Viene utilizzata tal quale 40-50% 10 Coltivazioni energetiche Sono costituite da: 30-50% a) Canna comune b) Kenaf C) Canapa d) Sorgo zuccherino e) Vetiver f) Pioppo g) Paulonia h) Altre di cui alla sperimentazione 11 Polpe esauste di barbabietola essiccate 20-40% 12 Polverino di legno trattato Industria dei legno - Contenuto di formaldeide < 2% 10% 13 Polverino di mais Dimensioni < 0,5 mm 10% 14 Paglia, Fieno 15 Pulper di cartiera applicando le direttive su termodistruttori (inceneritori) 50% 16 Farine animali applicando le direttive su termodistruttori (inceneritori) 25% 17 Scarti tessili applicando le direttive su termodistruttori (inceneritori) 10% 18 Oli vegetali applicando le direttive su termodistruttori (inceneritori) 19 Grassi vegetali applicando le direttive su termodistruttori (inceneritori) 20 CDR applicando le direttive su termodistruttori (inceneritori) 21 FLUFF applicando le direttive su termodistruttori (inceneritori) 22 Pneumatici esausti applicando le direttive su termodistruttori (inceneritori)
  4. 4. 1 Syngas e Idrogeno dal processo Blue Tower Il Syngas prodotto tramite il processo Blue Tower è ottenuto da un processo di gassificazione delle biomasse. Il gas così ottenuto riceve un trattamento di reforming con aggiunta di H2O in stato vaporoso. In questo modo si ottiene una miscela di gas, simile ai gas di sintesi o di cockeria che vengono comunemente impiegati nell'indutria, con la differenza che si tratta di un gas molto più pulito come p.e bassissimi valori di TAR (<2g/Nm3) Il diagramma sottostante mostra la composizione media rappresentativa per le biomasse. Il sistema di reattori a cascata che formano la Blue Tower lavora a pressione atmosferica, leggermente sottopresione, in questo modo si evitano fuge di gas incontrollate. Il rack (struttura portante dei 3 reattori) è posizionato all'esterno, ben ventilato, e coperto da un telo blu che dà il nome a questo gassificatore innovativo. Nel caso ci dovessero essere comunque delle fuoriuscite di gas, le componenti più "pericolose" come: H2 e C0 reagiscono immediatamente con l'ossigeno dell'atmosfera, trasformandosi in sostanze innocue come H20 e C02. Inoltre questi componenti vengono rilevati in continuo tramite rilevatori posizionati opportunamente; eventuali segnalazioni fanno scattare allarmi del sistema di gestione che a sua volta attiva tutte le procedure di avaria e spegnimento impianto previste dal programma operativo. Il reattore di pirolisi è costantemente riempito con biomasse e vettore termico ceramico, pertanto il gas grezzo, contenuto nel reattore, non ha molto spazio di espansione e pertanto non esiste pericolo di esplosione del reattore. Lo stesso vale anche per il reattore di reforming. Il gas grezzo dal gassificatore subisce una serie di processi di condizionamento e purificazione per renderlo sufficientemente puro per essere combusto in motori a gas. A monte dei motori, il gas raffinato viene "stoccato" per smorzare eventuali picchi di pressione derivati da un'adduzzione del combustibile (biomasse) non perfettamente omogenea. Questo "serbatoio" consiste in un allargamento della sezione delle tubazioni che portano ai motori per permettere una giacenza max di 5 sec. I motori necessitano ca. 2-3 sec. per passare in automatico da syngas a gas metano. In caso di avaria dei motori che causa lo spegnimento degli stessi, il sistema produce ancora per ca. 20 min. gas di sintesi, nonostante che il sistema di adduzione biomasse è fermo. Lo stop dei motori fà attivare in modo automatico la valvola by-pass che devia tutto il syngas dal gassificatore al forno di combustione carbone e lì bruciato; contemporaneamente va a ridursi la quantità di coke al forno.
  5. 5. CopyrightbyDEG-EngineeringGmbH Deposito Rifiuti ca.1200 m2 H = 8m aperto Capacità 1 settimana Torre Blu H=ca.33m Legenda 1 - Trasportatore a Tazze 2 - Trasportatore a Nastro 3 - Silo di processo (3-4 ore) 4 - Silo calce con contenitore 5 - Filtro a secco 6 - Lavaggio Gas 7 - Precipitatore Elettrico 8 - Filtro di sicurezza 9 - Economizer 10 - Camera di Combustione Carbone con Setaccio 11 - Contenitore Ceneri 12 - Ventilatore 13 - Scambiatore per produzione vapore 14 - Evaporizzatore con Pompe 15 - Serbatoio Gas Prodotto 16 - Motore a Gas 17 - PSA (Pressure Swing Absorption) + Desulfurisation OPTIONAL 18 - Serbatoio Idrogeno OPTIONAL 19 - Compressore OPTIONAL 20 - Essicatore OPTIONAL 21 - Fuel Cell MCFC OPTIONAL 2 6 7 14 Bilancia (OPTIONAL) N.B. Le posizioni dei singoli componenti sono soggetti a variazione A - Accettazione & Sorveglianza B - Ufficio / Sala Riunioni C - Sala Controllo D - Sala Mensa E - Spogliatoio F - Servizi Superfice ca. 85 m x 46 m 9 5 12 4 8 13 10 11 1 20 Deposito Materiali ca. 85 m ca.46m 35,00m 3 15 Cabina elettrica A C F 16 17 19 18 BDE 34,00m ca.18m ca. 30 m ca.12mH=6m H G F E D C B A 8 7 6 5 4 3 2 1 H G F E D C B A 8 7 6 5 4 3 2 1 Marino Scala: 1:250 Versione 01 DEG-Engineering Blue Tower Unit 01003-15-000 Stabilimento di conversione Biomasse OPTIONAL 21 16 16 OPTIONAL
  6. 6. MCFC OPTION Fuel Cell OPTION PSA + Desulfurisation for H2-Production OPTION Dryer Input-Material OPTION Organic Rankine Cycle Gas Engine Blue Tower Unit DEG-Engineering GmbH Marino INPUT Fluegas Dry offgas Purification Fluegas Gasifyer Carbon Filter Heat carrier Combustion OPTION Direct Gas Consumer Combustion Air Fresh Air Fresh Air 1 2 3 4 5 7 8 9 Natural Gas 11 NaturalGas11 Quenche ORCAsh Sludge Steam Product Gas Coke PyrolisisGas Economizer Cooling Water 10 Fluegas6 KatFine-Filter DEG Heat-Exchanger Gas Cooling X X X X X X X X X X X X Electro Wet-Precipitator Low Steam Evaporator Hot Oil Fresh Water 10 H2 Reformer Heater
  7. 7. DESCRIZIONE DELL'IMPIANTO BLUE TOWER NEI SUOI PARTICOLARI Tecnologia di base del processo produttivo. L’impianto Blue Tower parte innanzitutto da un processo produttivo che basa la sua efficienza su una tecnologia del tutto innovativa, poiché non solo procede alla gassificazione delle biomase, che di per sè rappresenta già una metodologia innovativa di conversione energetica in quanto amplifica l’utilizzabilità del combustibile, ma ritrova una straordinaria innovazione nel processo stesso di gassificazione e nei suoi prodotti e cioè nella composizione dei syngas che è in grado di produrre: volendo definire meglio la tecnologia di base del processo produttivo si deve innanzitutto partire dalla tecnologia di gassificazione che è di tipo • A letto fisso mobile con accumulo e trasporto di calore • Ad atmosfera ambiente • A due stadi • A mezzo di gassificazione vapore Esplicitando il tutto in modo più sintetico si può dire che si tratta di un processo di gassificazione allotermico (indiretto) basato sulla reformazione a stadi, che vede una fase in cui avviene la pirolisi del rifiuto ed una fase in cui i gas di pirolisi entrano in un reattore di reforming alimentato termicamente da vapore prodotto a partire dalla combustione del coke di pirolisi che viene anche recuperato attraverso un sitstema di accumulo e trasporto del calore che si base sulla movimentazione di un inerte argilloso granulare. Il recupero del calore e il processo di reforming riducono la diluizione dei gas di pirolisi rielevando il loro contenuto energetico e producendo syngas in cui è presente idrogeno in volume pari al 60%. Tale processo di gassificazione è sperimentato già da quattro anni in un pilota da 1500-2000 kWth costruito ad Herten in Germania dove sta mostrando efficacemente le sue straordinari potenzialità. I Syngas prodotti vanno incontro a tre sostanziali tipologie di utilizzazione: v la prima, che assicura la produzione nei primi anni di esercizio, vede dei motori a gas della Deutz o analoghi, testati in diversi contesti, dai gas di cokeria a quelli da fermentazione alcolica dei rifiuti urbani; v la seconda è del tutto sperimentale e vede una cella a combustibile tipo MCFC in grado di lavorare con gas reformati senza necessità di raffinare ulteriormente il prodotto del gassificatore. v la terza anch'essa sperimentale e vede una cella a combustibile tipo PEFC o analoga che processa idrogeno ricavato dal gas di sintesi attraverso una purificazione con sistema PSA Si noti infine che, essendo molto bassa la percentuale di TARS è possibile usare dei sistemi di pulizia a freddo. Ciclo produttivo e caratteristiche funzionali Il rifiuto depositato nel piazzale viene caricato nella tramoggia del trasportatore a tazze e attraversa l’unità di essiccazione (optional) sopra nastri trasportatori. Successivamente viene trasportato al reattore di pirolisi tramite una coclea passando attraverso un serbatoio di accumulo intermedio. Il rifiuto si mescola con il vettore termico proveniente caldo dagli stadi superiori dell’unità, e viene uniformemente distribuito all’interno del reattore di pirolisi, dove la termolisi avviene ad una temperatura di circa 500-550°C, accelerata dalla grande superficie di scambio del vettore termico. Nella zona più profonda del reattore avviene la pirolisi delle componenti più pesanti del rifiuto e di parte del rimanente carbone. Non c’è bisogno di ossigeno né di aria per fornire l’energia per la ossidazione parziale, in quanto tutto il calore necessario proviene dal vettore termico. Un flusso di
  8. 8. vapore a bassa pressione proveniente dagli stadi inferiori dell’unità attraversa il letto, e insieme ai gas rilasciati durante il processo termico viene convogliato nello stadio di reforming. Nel reattore di reforming la maggior parte dei componenti più pesanti vengono reformati e crackati fino a diventare metano, CO2, CO, H2 grazie all’alto contenuto di H20 presente in fase di vapore. Dal momento che l’unità di reforming è costituita da un recipiente del tutto isolato, non è possibile il mescolamento con gas allo stato grezzo o con gas di pirolisi che non abbiano reagito (a differenza di quanto succede nei processi convenzionali, come ad esempio i reattori a letto fluido). Il gas in uscita risulta essere quasi totalmente depurato dagli idrocarburi più pesanti, ed è di buona qualità in quanto non c’è stata alcuna diluizione con azoto. Siccome il vettore termico deve fornire sufficiente calore (tra 500 e 1050°C) affinché i processi endotermici abbiano luogo, è necessario che venga preriscaldato in maniera adeguata. Questa fase viene espletata all’interno di un recipiente di preriscaldamento dove confluiscono i gas di scarico provenienti dalla combustione del carbone di pirolisi. Vagliando il vettore termico all’uscita del reattore di pirolisi con un setaccio meccanico si separa il vettore stesso dai prodotti carbonizzati. Il vettore ormai separato viene convogliato in cima alla torre di gassificazione. I gas di scarico che escono dal recipiente di preriscaldamento sono ancora caldi, e vengono quindi usati per preriscaldare l’aria comburente della camera di combustione del carbone di pirolisi, così da aumentare l’efficienza del sistema. Successivamente i gas di scarico vengono forzati attraverso filtri a maniche e trattati con adsorbenti (calce) per la depolverizzazione e la desulfurizzazione. Il sistema di ventilazione forzata rappresenta l’ultima sezione del trattamento dei gas di scarico a monte del camino. Il gas prodotto viene raffreddato con olio diatermico caldo in uno scambiatore di calore innovativo a piastre saldate e di facile pulitura, e successivamente lavato. L’acqua di condensazione proveniente dal sistema di lavaggio viene fatta evaporare in parte a spese del calore dell’olio diatermico, in modo da generare il vapore a bassa pressione necessario all’unità di reforming. La frazione residuale della condensa viene inviata alla camera di combustione. Il gas è quindi trattato con un deumidificatore-depolverizzatore elettrostatico e un lavaggio successivo (quenche) per ottenere un prodotto sufficientemente puro da poter essere utilizzato in motori a combustione interna. Per assicurare l’integrità dei motori viene installato un ulteriore filtro a carboni attivi ed un filtro fine subito a monte dei motori stessi, i motori sono equipaggiati con un sistema Denox per l'abbattimento degli Nox. Inoltre le fluttuazioni di pressione della linea gas sono smorzate da un volume di calma. La produzione di energia elettrica viene così affidata ad un sistema di motori a combustione interna della DEUTZ o equivalente in grado di usare i gas reformati in modo stabile e con un’efficienza del 39% restituendo così un’efficienza globale dell’impianto pari circa al 32%. Inoltre si può prevede di diramare una linea gas dedicata ad una cella a combustibile MCFC o alla PSA per la produzione di puro idrogeno. Acqua L’impianto consuma pochissima acqua. Non disponendo di un sistema di raffreddamento continuo e aperto limita in modo notevole l’uso di questa risorsa. I motori hanno un circuito di raffreddamento chiuso. Il sistema di pulizia dei gas usa acqua che viene poi concentrata in fanghi che vengono successivamente bruciati nel forno del sistema di gassificazione e recuperati insieme al calore a valle della combustione. Alla produzione di vapore si fa fronte condensando l’acqua presente nei syngas e vaporizzandola a 1,5 bar nel vaporizzatore. Poca acqua è necessaria per il make-up dell’elettrofiltro e del lavaggio per evitare la concentrazione di alghe e sporcizia nel circuito di lavaggio. Tranne poche quantità di spillamento fanghi (in casi eccezionali), l'impianto non produce acque reflue.

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