Adesso abbiamo per i tre componenti principali delle biomasse i parametri per poter applicare il modello CPD. Proviamo a testare il modello sommando i tre componenti in maniera ponderata alla composizione della biomassa. E’ stato necessario apportare alcune modifiche al modello CPD, per poter considerare contemporaneamente i tre componenti chimici, e sommarne i profili in maniera ponderata, in modo da descrivere il rilascio di tar, gas e char, per la biomassa.
In letteratura è stato possibile reperire due lavori [31], [30], in cui si effettua- no prove di flash pirolisi sulle biomasse, in un caso su Easter Maple Red, e nell’altro su Aspen-Poplar Wood.
Negli articoli non è stato riportata le composizioni chimica percentuale, che abbiamo supposto fosse uguale a quella comunemente rintracciabile in lette- ratura [35], ed è riportata in Tab.7.4. Le prove sperimentali rivelano che nel
Easter Maple Red Aspen-Poplar Wood
(maf) (maf)
Cellulosa 44.7 42.3
Emicellulosa 23.7 31.0
Lignina 24.0 16.2
Tabella 7.4: Composizione chimica biomasse.
caso del Maple Red il tempo di residenza della fase gas risulta essere pari a 0.5 sec, mentre per l’ Aspen-Poplar Wood il tempo di residenza è di 0.44 sec. Inoltre sono state utilizzate dei diametri di particella di 0.12 mm per il Maple Red, e di 0.105 mm per l’Aspen-Poplar Wood.
Questi dati ci sono utili per poter far girare il modello CHL, dal quale si ricavano i profili di temperatura della particella durante il tempo di speri- mentazione.
I dati di input, passati al CPD per mezzo del file biocpd.inp, sono:
• La composizione chimica della biomassa (percentuale di: cellulosa, emicellulosa, lignina);
• Il tempo di residenza della fase gas; • Il profilo di temperatura della particella.
A questo punto siamo in grado di far girare il conto, e ottenere i risultati di pirolisi di Easter Maple Red (Fig.7.11) e di Aspen-Poplar Wood (Fig.7.12).
Figura 7.11: Pirolisi di Easter Maple Red a diverse temperature di reattore.
7.9
Conclusioni
Possiamo ritenere che i parametri (strutturali, cinetici, e di tensione di va- pore) accordati per i tre componenti principali delle biomasse sono fondati, in quanto basati su considerazioni di tipo teorico, e dal confronto con dati di tipo sperimentale, e ottenuti mediante un codice di calcolo (CHL) validato su una serie molto ampia di biomasse lignocellulosiche.
Figura 7.12: Pirolisi di Aspen-Poplar Wood a diverse temperature di reattore. prodotti di pirolisi predetti dal modello si accordano ragionevolmente con i dati sperimentali, inoltre alle alte temperature le previsioni del bio-CPD sono risultate anche migliori del CHL, proprio perchè la reazione secondaria fa sentire il suo effetto all’aumentare della temperatura.
E’ auspicabile una validazione su numero più ampio di dati sperimentali qualora siano disponibili.
Capitolo 8
Conclusioni
Obbiettivo del presente lavoro di tesi è stato lo sviluppo di un modello gene- rale di pirolisi per le biomasse in condizioni di interesse industriale, adatto ad essere implementato in RNA.
Sulla base dei risultati raggiunti con il seguente lavoro, si può concludere che: 1. E’stato adottato come modello il CPD, già incluso in RNA, per descri-
vere la pirolisi dei carboni.
2. Il modello CPD è stato modificato per descrivere la pirolisi delle biomas- se. Dai primi calcoli applicativi del modello “originario ”sulle biomasse, si è riscontrato che questo trovava difficoltà nel descrivere tipi di retico- lo diversi da quelli dei carboni, tanto che talvolta si presentavano delle incoerenze sui bilanci di massa. A tal fine è stato introdotto uno sche- ma originale di bilancio di popolazione tra i frammenti polimerici che ha richiesto una modifica sostanziale del ciclo di calcolo e la riscrittura del codice FORTRAN.
3. Per la nuova versione del modello (bio-CPD) sono stati accordati i pa- rametri del modello (strutturali, cinetici, e di tensione di vapore) per singoli componenti delle biomasse (cellulosa, emicellulosa, lignina), uti- lizzando considerazioni di tipo teorico, dati sperimentali, e dati prodotti da un codice di calcolo (CHL) validato sulle biomasse.
calcolo, per migliorare la situazione soprattutto per le alte tempera- ture, poiché all’aumentare della temperatura il tar si rompe per dare gas. Si propongono sviluppi futuri per quanto riguarda questo aspetto, con l’obiettivo di approfondire le reazione secondarie di tar-craking nel dettaglio.
5. E’ stato possibile validare il modello su alcuni dati di pirolisi di bio- masse reali, di cui era nota la composizione in termini di: cellulosa, emicellulosa, e lignina. I risultati sono stati buoni dal punto di vista quantitativo e qualitativo, e si è registrato che alle alte temperature il bio-CPD si accorda meglio con i dati sperimentali, rispetto al CHL. Per sviluppi futuri si potrebbe estendere l’analisi su altri tipi di bio- massa, con composizioni differenti da quelle prese in considerazione, e si potrebbe analizzare gli effetti della granulometria di particella e della velocità di riscaldamento sulle rese di pirolisi.
6. Occorre prestare più attenzione alla parte che riguarda la flash distil- lazione per biomasse, poiché i coefficienti di correlazione ottenuti dal fit, necessitano di un ulteriore investigazione dal punto di vista spe- rimentale, considerando delle temperature coerenti con le condizioni industriali di pirolisi, i dati che siamo riusciti a rintracciare sono riferiti a temperature assai più basse.
7. Infine come sviluppo futuro rimane da integrare il modello bio-CPD in RNA, per poter arrivare a descrivere la combustione di biomasse e/o di blending di biomasse e carboni.
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