Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Idrogeno 2.a - Coggle Diagram
Idrogeno 2.a
Gasificazione del carbone – Dettagli tecnico‑chimici del processo
Materie prime e preparazione
Si utilizza carbone solido (antracite, lignite, coke) macinato finemente e alimentato con vapore acqueo e ossigeno puro o arricchito.
Il rapporto stechiometrico tra carbone e vapore è mantenuto tra 1:1 e 1:1,5, mentre l’ossigeno è dosato per garantire una combustione parziale.
Tipologie di gasificatori
A letto fisso in controcorrente (Lurgi): buona per ligniti, basse temperature (~900 °C), ma basso rendimento.
A letto fluido (Winkler): uso di particelle fini, T intorno a 1000 °C, flusso vapore‑carbone sospeso.
A flusso entrante (entrained-flow): il più moderno, carbone finemente polverizzato, T > 1300 °C, P = 20–40 bar, alta conversione.
Reazioni chimiche principali
Reazione di gassificazione:
C + H₂O → CO + H₂ ΔH° = +131 kJ/mol
Combustione parziale per fornire calore:
C + ½ O₂ → CO ΔH° = –111 kJ/mol
Reazione di Boudouard:
C + CO₂ → 2CO ΔH° = +172 kJ/mol
Water‑gas shift:
CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂ ΔH° = –41 kJ/mol
Condizioni operative
Temperatura nel cuore del reattore: tra 1200 e 1500 °C
Pressione operativa: 30–40 bar (entrained-flow)
Tempo di residenza dei reagenti: inferiore a 2 secondi nei gasificatori moderni
Trattamento e pulizia del gas di sintesi (syngas)
Dopo la reazione, il syngas contiene CO, H₂, CO₂, H₂S, NH₃, tar e particelle solide.
Si usano cicloni per la separazione fisica delle ceneri, scrubber acidi per rimuovere HCl e HF, e adsorbenti (ZnO) per eliminare H₂S.
In alcuni impianti si usa Rectisol o Selexol per purificazioni profonde a bassa temperatura.
Sezione shift e separazione H₂
Il syngas viene sottoposto a reazione shift in due stadi (alta T con Fe‑Cr, bassa T con Cu‑Zn) per massimizzare la resa in H₂.
La separazione dell'idrogeno avviene tramite PSA (Pressure Swing Adsorption), ottenendo purezze superiori al 99,9%.
Scarti e sottoprodotti
Slag vetroso: derivato dalla fusione delle ceneri, può essere riutilizzato come aggregato edilizio.
Zolfo elementare o solfati, mercurio e altri metalli pesanti vengono recuperati o neutralizzati.
Performance e rese
Conversione carbone > 95% nei gasificatori entrained-flow
Resa teorica in H₂: 0,6–0,8 kg H₂ per kg carbone (dipende dal tenore in C)
Efficienza complessiva solo H₂: 40–50%
Con cogenerazione IGCC: fino al 55%