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Ing. Matteo Prussi, PhDKlimaEnergy 20-22 Settembre 2012 - Bolzano

Criticità tecnologiche in

impianti di piccola taglia e

attuali soluzioni

MMatteo atteo PPrussirussi(direttore RE-CORD)

Ing. Matteo Prussi, PhDKlimaEnergy 20-22 Settembre 2012 - Bolzano2

Chi Siamo


RE-CORD – Renewable Energy Consortium for R&D

Chemical laboratory fully dedicated to Bioenergy/Biofuels and Renewables (Pianvallico area)

Various equipments for Solar and Wind energy assessments

1 ha fenced experimental area at the Villa Montepaldi Farm (300 ha University farm)

Preliminary and detailed engineering skills through Spike Renewables SrL

Academic R&D skills through CREAR/Dept. of Energy Engineering/Dept.s of Agriculture

Various Renewable Pilot Plants

CREARUniversity Research Center

Pianvallico SpAMugello Land Devel. Company

Villa MontepaldiUniversity Farm

Spike Renewables SrLEngineering and R&D SME


In partnership with

DIBA and F&M


Network Nazionali ed Internazionali International Energy Agency - Bioenergy

(IEA-Bioenergy, T34-Pyrolysis T39, 1st & 2nd gen biofuels – Gruppo M&G)

EU Biofuel Technology Platform (WG4-Sustainability)

THERMALNET Intelligent Energy for Europe

Italian Biofuel Technology Platform (WG2 – Conversione)

ISES-Italia (Ital.sect. of Int.Solar Energy Society-Consiglio Direttivo.)

Coordination of EC-R&D&D and IT-MATT projects

International Master Course IMES on Bioenergy (Bioenergy and Environment – Prog.Europeo, I° Master Bioenergia in Italia)


Alcune partnerships industriali

Mossi & Ghisolfi / Chemtex (IT) Second generation bioethanol from woody feedstock

SILO (IT) Esterified vegetable oil plant

Galigani Filtri (IT) Design and construction of cold extraction vegetable oil plant

VWP (DE) Vegetable oil engines

Riello (IT) Test on vegetable oil burners

Assocostieri (IT, Novaol coord.) Innovative microalgae cultivation

IBT/Capstone (IT/US) Microturbine adaptation for biofuel feeding

TURBEC (Sweden) Microturbine minor modifications for external combustion feeding

BTG Biomass technology group (Netherland) Pyrolysis oil test in an adapted microturbine

SEA Marconi (IT) Design and construction of biomass torrefaction and pyrolysis reactors

Mawera - Viessman (A-DE) Solid biomass furnace development


Alcune collaborazioni istituzionali ENEA (IT)

Biomass gasification systems, bioethanol production, steam explosion treatments

CNR – Istituto Motori (IT) Tests and advanced measurements on biofuels spraying and combustion behavor

Indian Institute of Science and Technology (Bangalore - INDIA) Biomass gasification systems

Aston University (Birmingham - UK) International Master on renewable energies

CSGI Consortium for large interphase systems (Florence - IT) [CREAR member] Emulsion of diesel and biofuels for use in prime movers

TUG Technical University of Graz (Graz - UK) Clean and efficient biomass combustion systems

CFD simulation of biomass combustion

Imperial College of London (UK) Assessment on biofuels market, potential and perspectives

• IFEU (Heidelberg - DE) LCA on power production from renewable resources

Agronomic department (Florence - UK) [CREAR member] Energy-crop activities

FCT, Universidad Nova de Lisboa, (Portugal) Vegetable oil related activities

Boreskov Institute of Catalysis (Novosibirsk, RU) Catalytic treatment of biofuels and emission reduction from power plant


Reti, scambi, progetti…

8


Il Progetto

AGROGAS


•Installazione del sistema di

gassificazione 70 kWel

•Marcatura CE

•Analisi sperimentale della tecnologia e

delle prestazioni reali.

•Test di biomasse locali: potature di

vite e olivo

Obiettivi del progetto con il partner Obiettivi del progetto con il partner IIScIISc((IndianIndian InstituteInstitute ofof Science)Science)


Principali caratteristiche di impiantoPrincipali caratteristiche di impianto

• Capacità massima e minima: 70 kg/ora e

35kg/ora

• Potenza elettrica ceduta alla rete: 70kW

• Potenza elettrica assorbita dalla rete: circa

20kW

• Tipologia combustibile: cippato di legna

• Generazione elettrica: motore Cummings

(G855G)a gas da 70 kWe

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La Gassificazione

di piccola taglia


L’interesse per la Gassificazione di piccola scalaL’interesse per la Gassificazione di piccola scala

Gassificazione di piccola scala è interessante perché:

• tecnologia adeguata per

impianti <200 kWel;

•richiesta di biomassa

facilmente reperibile sul

territorio;

•capace di valorizzare

legna e scarti di

produzioni agricole.


L’Impianto di GassificazioneL’Impianto di Gassificazione

Sistema di preSistema di pre--trattamentotrattamentoSistema di preSistema di pre--trattamentotrattamento

e caricamento della BMe caricamento della BM

ReattoreReattoreReattoreReattore

Sistema di Sistema di GasCleaningGasCleaningSistema di Sistema di GasCleaningGasCleaning

Produzione di energia Produzione di energia

elettrica e termicaelettrica e termica

Produzione di energia Produzione di energia

elettrica e termicaelettrica e termica


Elementi di

criticità

dell’attuale

stato dell’arte


Sistema di preSistema di pre--trattamento e caricamento BMtrattamento e caricamento BM

Gassificazione di piccola scala richiedono:

1. bassa umidità in ingresso:

<10%.

2. Caratteristiche costanti.

• Pezzatura omogenea.

• Tipologia poco variabile

REALMENTE REALMENTE

NECESSARIE??NECESSARIE??


Sistema di preSistema di pre--trattamento e caricamento BMtrattamento e caricamento BM

Gassificazione di piccola scala richiedono:

1. bassa umidità in ingresso:

<10%.

2. Caratteristiche costanti.

• Pezzatura omogenea.

• Tipologia poco variabile

Temperatura del reattore

>1000°C per riduzione tars

e composizione gas.

Setting parametri

operativi del reattore del

gas cleaning:

•Stabilità di funzionamento


TipologieTipologie principaliprincipali didi GassificatoriGassificatori a a LettoLetto FissoFisso

Updraft

Downdraft

Double Fire Two/Three Stage

T ro c k n u n g

P y ro ly s e

O x id a tio n

R e d u k tio n

O x id a tio n

Brennstoff

P r o d u k t g a s

L u f t

Asche

L u f t

L u f t

T ro c k n u n g

P y ro ly s e

O x id a tio n

R e d u k tio n

O x id a tio n

Brennstoff

P r o d u k t g a s

L u f t

Asche

L u f t

L u f t

Air

Ash

Gas,

Tar

Biomass

Air

Air

Air

Air

Fonte: H.Hofbauer, Wien University, 2007

Molti schemi e varianti


Reattore di pirolisiReattore di pirolisi--gassificazionegassificazione

La tipologia di reattore definisce:

• composizione del gas;

• efficienza massima d’impianto;

• ore di funzionamento continuativo;

• costi di manutenzione.


Reattore di pirolisiReattore di pirolisi--gassificazionegassificazione

Il rendimento massimo influenza il

rendiomento globale d’impianto:

ηηmax_teoricomax_teorico= 70= 70--85%85%

ηηmax_impiantomax_impianto= 22= 22--25%25%


Premessa al gas Premessa al gas cleaningcleaning

Durante il processo di

gassificazione si formano

sempre tars.

Il sistema di pulizia deve essere

visto come un unico elemento

con l’impianto di

gassificazione.


Premessa al gas Premessa al gas cleaningcleaning

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


Principali contaminanti e metodi di rimozione 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

HCNFormazione 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


Rimozione dei Rimozione dei tartar

Principali sistemi per la rimozione dei tars:

• Rimozione fisica – si condensano gocce di tars e le si rimuovono con

sistemi simili a quelli per il particolato (scrubber, filtri,etc).

• Rimozione chimica – Cracking catalitico o termico

Sottoprodotti da trattare:Sottoprodotti da trattare:

••Acqua di lavaggio/Acqua di lavaggio/BioDieselBioDiesel

••TarsTars


Sistema di conversioneSistema di conversione

Motori alternativi (20<ηel<35%):

• motori gas modificati:

• rendimenti contenuti;

• rumorosità;

• elevato CO;

• motori a ciclo diesel modificati:

• rendimenti elevati;

• necessitano di un 7-10% di

combustibile liquido.

Sezione di impianto che

con un buon gas non

evidenzia particolari

criticità.


Osservazioni

Generali


Elementi di criticità dell’installazione di un Elementi di criticità dell’installazione di un

impianto di gassificazione di piccola scalaimpianto di gassificazione di piccola scala

Sull’attuale mercato Europeo (e non solo) si riscontra:

• Difficoltà nella definizione delle

prestazioni di impianto.

• Genericità nelle specifiche sul

combustibile.

• Procedure sul commissioning

non formalizzate.





Da un punto di vista contrattuale, inoltre:

• Copertura garanzia sulle

prestazioni.

• Definizione contratto di

manutenzione e certezza sui

costi.

• Copertura assicurativa su

garanzia per il fermo macchina.




NECESSITA’ NECESSITA’ DIDI VERIFICHE VERIFICHE

EFFETTUATE DA ENTE TERZOEFFETTUATE DA ENTE TERZO

Gruppo CTI su gassificazione


Conclusioni


Impianti di gassificazione di Impianti di gassificazione di

piccola scalapiccola scala

• Tecnologia che è prossima ad

una fase di maturità tecnica.

• Interessante per impianti di

piccola-media taglia.

• Rimangono aperte questioni di

natura tecnica (complessità di

impianto impianto e di gestione)

ma anche di natura commericale

commerciale.

InstallazioniInstallazioni cheche

mantengonomantengono unun rischiorischio

mediomedio perper l’investitorel’investitore


Grazie per l’attenzione


Criticità tecnologiche in

impianti di piccola taglia e

attuali soluzioni

MMatteo atteo PPrussirussi(direttore RE-CORD)

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