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CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA 21.06.2012 ATTIVITA DI MONITORAGGIO DELLE EMISSIONI DAGLI IMPIANTI A BIOMASSE.

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Presentazione sul tema: "CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA 21.06.2012 ATTIVITA DI MONITORAGGIO DELLE EMISSIONI DAGLI IMPIANTI A BIOMASSE."— Transcript della presentazione:

1 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA ATTIVITA DI MONITORAGGIO DELLE EMISSIONI DAGLI IMPIANTI A BIOMASSE Ettore Guerriero

2 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA Overview La combustione Ideale e quella Reale La Composizione Elementare della Biomassa La Composizione Organica della Biomassa Il Processo di Combustione della Biomassa La Combustione Incompleta Il Monitoraggio alle Emissioni Allestimento del Mezzo Mobile per il Monitoraggio alle Emissioni

3 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA Esigenza Produzione Energia da Biomasse La società civile ha 2 esigenze primarie: Fonti energetiche rinnovabili per contribuire a sostenere uno sviluppo mondiale che incrementa quotidianamente la richiesta energetica. Il controllo delle emissioni di gas serra e in particolare di CO 2.

4 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA Combustione Ideale CxHy + O 2 CO 2 + H 2 O

5 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA La combustione delle biomasse può creare diversi problemi ambientali, soprattutto in open burning e in impianti non ben progettati e controllati. Dalle combustioni si generano Due gruppi di inquinanti : Macroinquinanti (quali PTS, NOx, SOx,CO,COT,) Microinquinanti (quali PCDD/F, IPA, PCB e metalli pesanti) Per comprendere le emissioni provenienti dalla combustione delle biomasse, occorre primariamente riferirsi alla loro composizione elementare e alla struttura. Combustione Reale

6 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA Cernuschi S., Tecnologie e prospettive della produzione di energie da biomasse,, Milano 2006 Obernberger I., et al., Biomass & Bioenergy, 30, , 2006 Composizione Elementare Il materiale inorganico è presente come fase intimamente distribuita nel combustibile e comprende sali di Si, K, Na, S, Cl, P, Ca, Mg e Fe, che danno luogo al deposito delle ceneri. Questa composizione elementare fornisce quindi informazioni su precursori di emissioni inquinanti quali azoto, zolfo o cloro.

7 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA La composizione chimica media di una biomassa ad alto fusto consiste di circa in: 25-30% di lignina 75% di carboidrati, ovvero molecole di zucchero unite a formare lunghe catene polimeriche. I due carboidrati più importanti sono la cellulosa e lemicellulosa. I lunghi polimeri di cellulosa costituiscono le fibre che danno alle piante la loro resistenza, mentre la lignina ha funzione di collante per mantenere unite queste fibre. Lemicellulosa ha il ruolo fondamentale di tenere associate cellulosa e lignina. Composizione Organica

8 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA Composizione Media Biomasse Cellulosa Emicellulosa Lignina

9 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA Microelementi nelle Biomasse Altri costituenti presenti nelle biomasse in quantità variabili sono i cosiddetti estratti: composti estratti con acqua calda (tannini e sali inorganici). composti a basso peso molecolare che possono essere separati attraverso solventi organici (terpeni, grassi, cere, fenoli)

10 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA Il Processo di combustione Le biomasse raggiungono gradualmente elevate temperature e si ha sia durante la prima fase di essiccamento che successivamente un rilascio sempre maggiore di molteplici composti volatili e semivolatili. Queste specie sono presenti allorigine e molte altre si formano a causa di trasformazioni chimiche che avvengono allinterno della struttura della biomassa con la rottura di legami chimici presenti definiti Prodotti di Combustione Incompeta PICs I gas rilasciati incontrano quindi lossigeno dellambiente circostante e la combustione avviene, almeno inizialmente, in fase gassosa. Contestualmente durante le trasformazioni chimiche della biomassa, si ha la formazione di un residuo carbonioso estremamente deidrogenato, usualmente definito char.

11 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA Il char non è più in grado di rilasciare composti volatili, ma il suo consumo avviene per ossidazione eterogenea prodotta dallossigeno che diffondendo allinterno della matrice porosa della biomassa reagisce con il carbonio residuo. Processo di combustione Questa ossidazione eterogenea risulta favorita dalla prima fase di volatilizzazione, in quanto il rilascio dei gas incrementa la porosità del sistema e aumenta contestualmente la superficie per unità di volume migliorando in tal modo lo scambio tra gas e solido.

12 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA Riassumendo i passi tipici della combustione della biomassa risultano: 1. riscaldamento del solido 2. essiccamento 3. pirolisi con rilascio di composti volatili e semivolatili 4. combustione primaria in fase gas 5. combustione secondaria eterogenea gas-solido Tali aspetti risultano ancora più complicati se si considera la presenza di composti inorganici che finiscono per modificare la struttura stessa della biomassa ed interagire anche con le reazioni chimiche di degrado (fenomeni catalitici indotti dai metalli). Processo di combustione

13 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA La combustione Incompleta

14 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA Cl X PHE ANT PY BaA CHR TRI BjFa BbFa BeP DBahA IPY PER BaP PIC DBaiP BghiP COR ACN FL FA ACE La Combustione Incompleta PCB HCB PAH PCDD PCDF

15 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA La Combustione Incompleta Esempio di VOCs e SVOCs tossici HAP (Hazardous Air Pollutants) trovati nella combustione in open-burning

16 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA Emissioni (mg/kWh) GASOLIOMETANO CIPPATO CO SO NO x Polveri COV5210 Rapporto sullenergia del Ministero dellAmbiente Austriaco Combustione Reale

17 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA Il Particolato nella Combustione di Biomasa Il particolato composto dalle ceneri volanti può essere suddiviso in due parti: -grossolano -grossolano (d > 1μm), contenente soprattutto Ca, Mg, Si, K e Al -fine -fine (d < 1μm), la cui composizione è molto variabile a seconda della biomassa di partenza. Nel caso di particelle di legno gli elementi rilasciati dal combustibile e responsabili della formazione del particolato sono primariamente K, S e Cl. Questi nucleano in fase gas e su questa particella originaria si hanno reazioni di condensazione superficiale. Un altro elemento in grado di originare particelle è lo zinco. Zn evapora durante il processo e si ossida a formare ZnO solido. Insieme con gli ossidi, le ceneri contengono altri metalli tossici il cui livello può essere significativo, secondo quanto riportato in precedenza Obernberger I., et al. (2006)

18 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA La Legge delle 3T Le condizioni ottimali per una completa combustione risiedono nelle cosiddette 3 T (TTT): Temperatura (elevata), Tempo (lungo) Turbolenza (efficace mescolamento). Il problema maggiore è legato a un efficace mescolamento tra laria e le parti solide. Unulteriore attenzione va posta alla presenza di ceneri volanti inorganiche, le quali possono adsorbire composti idrocarburici formatisi nella fase di pirolisi e trasportarli nei fumi inibendo in tal modo la loro ossidazione fungendo da vettori di inquinanti nellambiente. A valle di una buona conduzione della combustione devono sempre essere presenti i sistemi di abbattimento.

19 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA Si prevede di valutare le emissioni al fine di lanalizzare il comportamento dellimpianto al variare delle condizioni di combustione e delle caratteristiche del combustibile medesimo Monitoraggio Emissioni

20 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA PROGETTAZIONE DEL CONTROLLO: SOPRALLUOGO ISPETTIVO In modo preliminare Verificare la SICUREZZA DELLA PIATTAFORMA : dimensioni, possibilità di movimentazione, ecc Verifica dell ALIMENTAZIONE ELETTRICA : voltaggio corretto e prese adatte Verifica che i BOCCHELLI DI PRELIEVO siano posizionati correttamente, che le loro chiusure siano facilmente rimuovibili e che il tronchetto sia libero da incrostazioni e determinazione delle DIMENSIONI del condotto Verifica del sistema di TRASPORTO IN QUOTA della strumentazione Situazione critica Pianificazione Campagna Sperimentale Ad ogni Campagna di Misura CARATTERIZZAZIONE delle grandezze chimico-fisiche dellemissione ad ogni variazione del ciclo produttivo (regime-alimentazione)

21 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA Portafiltro Vetro Box riscaldato Condensatore Trappola Tubo aspir. In vetro Vaso di Condensazione Ingresso Temperatura Sonda in vetro Ugello vetro Al fine di monitorare le emissioni lIIA-CNR metterà a disposizione un mezzo mobile che consentirà le misure a monte e valle sistemi di abbattimento così costituito: Sonda e sistema di campionamento per la caratterizzazione della Portata, dellaTemperatura e per il campionamento in discontinuo dei seguenti parametri: -Particolato -Metalli -Microinquinanti Organici(PCDD/F, PCB, PAH) -VOC Sistema Monitoraggio Emissioni (SME)

22 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA Determinazione della temperatura e pressione dei fumi Determinazione della composizione del gas Determinazione dell umidità dei fumi Misura del profilo di VELOCITÀ Determinazione della PORTATA FUMI a camino in Nmc/h e del flusso ISOCINETICO di campionamento ( 1 mc/h) Assemblaggio della strumentazione e PROVA DI TENUTA PRELIMINARI: sul campo UNI-EN Caratterizzazione preliminare Punto Emissione

23 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA Mezzo Mobile SME Lo SME permetterà di monitorare in tempo reale i composti in emissione nei punti prescelti dellimpianto Per lo (SME) su Mezzo mobile si prevede la tecnica estrattiva in quanto gli strumenti di analisi non sono localizzati allinterno dei camini o condotti fumi, ma una piccola parte dei fumi (il campione) viene estratta e trasportata con opportuno trattamento agli strumenti di analisi per la misura

24 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) FTIR per Monitoraggio Emissioni

25 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA Analizzatore O 2 Analizzatore allossido di zirconio- analizzatore basato su celle elettrochimiche Altri Parametri SME Analizzatore per la misura dei TOC basato sul Detector a Ionizzazione di Fiamma FID

26 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA Ettore POP POP POP s… Grazie per lattenzione...

27 CNR Istituto sullInquinamento Atmosferico Progetto SELVA La Biomassa


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