LA1.1.15 – Studio e sviluppo di sistemi di gassificazione delle biomasse ad alta efficienza

Attività

L’obiettivo dell’attività è la produzione di H2 da biomassa mediante processi termochimici di gassificazione a letto fisso updraft, caratterizzati da una configurazione tecnologica semplice e robusta. L’attività svolta ha permesso l’ottimizzazione delle condizioni operative e della fluidodinamica all’interno del gassificatore, al fine di migliorare la composizione del syngas e di minimizzare la formazione di tar, in particolare attraverso la riduzione dei cammini preferenziali nel letto di biomassa. La riduzione selettiva del contenuto di tar è stata ottenuta mediante l’utilizzo di un reattore catalitico a doppio stadio operante tra 400°C – 800°C alimentato con un flusso di 1 Nm3/h di syngas spillato direttamente dal letto del gassificatore. Infine, per massimizzare la resa di idrogeno, è stata utilizzata una sezione di conversione basata sulla reazione water-gas shift (WGS), accoppiata a sistemi di separazione mediante reattori a membrana e separatori a base di palladio. Tali dispositivi operano con un flusso di 0,25 Nm³/h di syngas, in un intervallo di temperatura compreso tra 673 K e 723 K e a pressioni variabili tra 1 e 10 bar, al fine di ottenere idrogeno ultrapuro.

Risultati

Sono state condotte prove sperimentali di gassificazione utilizzando 20–30 kg/h di gusci di nocciola come biomassa. Il syngas prodotto è stato arricchito in idrogeno mediante il processo di steam reforming catalitico del tar derivante dalla gassificazione. Il syngas, spillato dal letto del gassificatore, alimenta in continuo (2,5 Nm³/h) il reattore di cracking a doppio letto fisso (1 dm³ ciascuno): il primo, a base di dolomite, agisce da trappola per S e Cl; il secondo impiega Ni/CeO₂/Al₂O₃ ad alta attività. I risultati mostrano una riduzione del tar fino al 99,5% e un aumento dell’H₂ fino all’89 vol% (+112–134% molari), grazie alla reazione di water gas shift (WGS) (>27% nuovo H₂) e al reforming catalitico. Il potere calorifico del syngas cresce del 30%. Inoltre, l’arricchimento e la separazione di H₂ ultrapuro sono stati testati tramite permeatori e reattori catalitici a membrana a base di Pd/Ag. La permeazione aumenta con la temperatura e la pressione parziale, e consente di spostare la reazione di Water Gas Shift verso i prodotti, ottenendo una conversione del CO fino al 98% a 350 °C e 8 bar, superiore al 94,8% teorico previsto da un reattore di Gibbs in condizioni analoghe.

Figura 2

Reattore di cracking

In collaborazione con:

Il Dipartimento di Ingegneria Chimica Materiali Ambiente della Sapienza Università di Roma (Paolo De Filippis, Martina Damizia, Benedetta De Caprariis)

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