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rapporti - Deliverable

6.2.1.7b-Modellazione dell’impianto pilota per la produzione di idrogeno dalla pirolisi del carbone, della componentistica di trattamento del gas di pirolisi e confronto tra risultati del modello e sperimentali

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6.2.1.7b-Modellazione dell’impianto pilota per la produzione di idrogeno dalla pirolisi del carbone, della componentistica di trattamento del gas di pirolisi e confronto tra risultati del modello e sperimentali

La diffusione futura del vettore idrogeno nei sistemi di generazione di energia elettrica potrà avere luogo mediante massicce produzioni dello stesso che, allo stato attuale, appiano possibili principalmente mediante l’utilizzo di combustibili fossili; tra questi il carbone appare come la fonte di maggiore interesse sia per la disponibilità sia per fattori economici. La via più praticabile per produrre idrogeno appare la gassificazione con separazione dell’idrogeno da syngas; un’altra tecnologia, basata sulla pirolisi del carbone appare di notevole interesse in quanto presenta vantaggi legati principalmente a minori complicazioni impiantistiche ad a minori costi opertivi. Nell’ambito del Work Package H2PROD del sottoprogetto H2 del progetto GEN21sono stati inserite attività di studio e sperimentazione sulla pirolisi del carbone. L’attività, condotta quasi interamente da Enel Produzione ha visto la partecipazione del CESI nella definizione delle specifiche e nella valutazione dei risultati al fine di ottimizzare l’integrazione con le altre attività del sottoprogetto H2. Il presente documento descrive l’attività svolta di modellazione della componentistica di trattamento del gas di pirolisi. Tale attività ha riguardato lo sviluppo di un modello di simulazione del processo di pirolisi del carbone accoppiato con sistemi di trattamento del syngas, quali il reforming del metano e lo shift del monossido di carbonio. La simulazione è stata condotta mediante il software Aspen Plus®, che ha consentito una modellazione completa del processo dal punto di vista termodinamico; inoltre, alcuni moduli presenti al suo interno sono stati adeguatamente personalizzati sulla base di valutazioni teoriche che prendono in considerazione aspetti cinetici peculiari del processo in esame. L’implementazione, all’interno del codice di simulazione, del modello avanzato di devolatilizzazione del carbone, denominato Chemical Percolation Devolatilization, ha permesso di analizzare la variazione della composizione del gas di pirolisi al variare della temperatura operativa all’interno del reattore. Successivamente sono stati studiati gli effetti, sulla composizione del syngas e sul rendimento del processo, dell’impiego di sezioni di reforming catalitico e di shift. I risultati evidenziano che la reazione di reforming è in grado di contribuire efficacemente alla conversione carbone-idrogeno, aumentando il rendimento energetico di tale trasformazione da valori dell’ordine del 2% ad oltre il 12%, senza bisogno di fornire calore dall’esterno del processo di pirolisi; il calore necessario per la produzione del vapore ed il riscaldamento del syngas, infatti, possono essere recuperati dai fumi uscenti dal combustore del char.

Tuttavia, affinché la pirolisi possa risultare una strada economicamente conveniente per la produzione di idrogeno, è fondamentale procedere all’analisi approfondita delle possibilità di integrazione dell’impianto all’interno di una centrale termoelettrica, in cui l’utilizzo dei cascami termici, del syngas depurato dell’idrogeno e dell’eventuale char in eccesso, possano consentire un prezzo dell’idrogeno prodotto con quello caratteristico delle tecnologie concorrenti in particolare la gassificazione del carbone in alta temperatura ed alta pressione.

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