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Analisi degli effetti del calore di reazione nella pirolisi del legno

Informazioni tesi

  Autore: Vittorio Lombardi
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2012-13
  Università: Università degli Studi di Napoli - Federico II
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria chimica
  Relatore: Colomba Di Blasi
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 127

Nel lavoro di Tesi è stato investigato l’effetto delle condizioni di riscaldamento e delle dimensioni delle particelle sul campo di temperatura nella pirolisi a letto fisso di particelle d faggio, uno standard nella pirolisi di biomasse, in condizioni di grande interesse
commerciale come quelle del fronte di pirolisi di un gassificatore.
Inoltre è stata posta particolare attenzione a tali effetti poichè essi possono essere critici per sistemi che richiedono accurato controllo della temperatura quali pirolisi catalitica, utilizzata per ricavare determinati chemicals di interesse commerciale, o torrefazione.
Il lavoro di tesi ha previsto la realizzazione dei campioni attraverso procedure di dimensionamento ed essiccamento, l'utilizzo di un apparato sperimentale precedentemente realizzato al quale sono state apportate delle modifiche che hanno permesso di ottimizzare il processo come testimoniato dai bilanci di materia finali chiusi sempre tra il 98-100%, conduzione di prove sperimentali attraverso l'utilizzo di un controllare gestito dal sistema Labview e l'elaborazione dei risultati ottenuti.

Durante l’attività sperimentale ho approfondito le conoscenze personali in:
• progettazione di sistema di pirolisi a letto fisso in scala da laboratorio;
• realizzazione di sistemi di controllo PID per la temperatura e per il controllo del peso;
• monitoraggio emissioni gassose attraverso un Gascromatografo;
• analisi dei prodotti liquidi attraverso Hplc;
• Gestione dell'impianto attraverso sistema Labview;
I risultati dello studio sono di notevole interesse poichè, sulla base di questi, è stato scritto un articolo scientifico sottoposto alla casa editrice ENERGY&FUELS che lo sta revisionando.
I principali risultati riguardano il decorso di reazioni esotermiche ed endotermiche durante la pirolisi del legno di faggio ed attraverso questo studio è stato possibile attribuire questo tipo di reazioni alle principali costituenti della biomassa. In particolare si è osservato che la emicellulosa e la lignina degradano esotermicamente mentre la cellulosa degrada endotermicamente. In più è stato possibile individuare il range di temperatura nel quale queste reazioni avvengono e quali sono le condizioni in cui il loro decorso diventa significativo.
Successivamente è stato investigato l'effetto delle dimensioni delle particelle sul campo di temperatura per provare a valutare il contributo derivante da reazioni di degradazione primaria e secondaria e si è osservato che in condizioni di pirolisi a letto fisso non si riscontrano cambiamenti signifativi nella distribuzione dei prodotti al variare della dimensione dei campioni poichè la dimensione caratteristica sembra essere quella del letto.
Altro risultato importante riguarda un fenomeno che si osserva in corrispondenza della temperatura di ebollizione dell'acqua. In lavori precedenti si credeva che ciò fosse legato ad una vaporizzazione di acqua residua contenuta all'interno dei pellets ma attraverso questo studio, grazie a foto SEM, è stato possibile attribuire questo fenomeno a condensazione e successiva rivaporizzazione dei prodotti di pirolisi degli strati esterni del letto i quali, muovendosi verso il cuore ancora freddo, prima condensano per poi rivaporizzare.
Come detto in precedenza questo studio è stato condotto in condizioni di interesse commerciale come quelle del fronte di pirolisi di un gassificatore, impianti in grande diffusione, o come quelle della pirolisi catalitica del legno condotta con lo scopo di ottenere determinati chemicals e che richiede un accurato controllo della temperatura ed attraverso questo studio è stato possibile determinare i range ottimali per massimizzare le rese nelle tre classi principali di prodotti di pirolisi ed individuare i range di degradazione delle costituenti principali del legno.

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4 I. Introduzione I.1 Generalità sulle biomasse Con il termine biomassa si indicano sostanze di origine biologica quali materiali e residui di origine agricola e forestale, prodotti secondari e scarti dell’ industria agroalimentare, reflui di origine zootecnica, rifiuti solidi urbani MSW la cui frazione organica è mediamente intorno al 40%, alghe e diverse specie vegetali utilizzate per la depurazione di liquami organici. In base alla propria origine, la biomassa può essere suddivisa in BIOMASSA NATURALE, BIOMASSA RESIDUALE O DEDICATA. La materia organica può avere molteplici impieghi se opportunamente trasformata e si possono distinguere tre principali campi di applicazione delle biomasse:  BIOPOWER, consistente nella produzione di energia elettrica o termica da biomassa;  BIOFUELS, riguardante la produzione di combustibili da biomassa;  BIOPRODUCTS, produzione di composti chimici da biomassa. Con biomassa si intendono perciò una gran varietà di materiali tra i quali si possono annoverare anche il carbon fossile ed il petrolio, definiti più precisamente come “biomasse antiche”,questo perché le biomasse sono citate tra le fonti energetiche rinnovabili non comportando alcun accumulo di anidride carbonica in atmosfera. Infatti tali sostanze rientrano nel ciclo naturale del carbonio atmosferico: esso, sotto forma di CO 2, si converte in materia organica attraverso un processo naturale noto come FOTOSINTESI CLOROFILLIANA e successivamente, attraverso decomposizione o combustione, il carbonio organico ritorna in atmosfera. Questo ciclo si ripete su una scala temporale relativamente breve ed il materiale vegetale utilizzato come combustibile può essere facilmente e rapidamente rigenerato attraverso nuove coltivazioni. Ricorrendo alle biomasse come combustibili si riuscirebbe a stabilizzare il livello di carbonio atmosferico su livelli accettabili limitando fortemente l’impatto ambientale rispetto all’utilizzo dei

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