Frammentazione per impatto di particelle di sorbente riattivato impiegato per la desolforazione in situ in combustori a letto fluidizzato

I reattori a letto fluidizzato FBC consentono di conseguire un efficace controllo delle emissioni (tra gli altri inquinanti) di ossidi di azoto e di zolfo grazie, rispettivamente, alle basse temperature di esercizio (800-900°C) e all’utilizzo di sorbenti a base di calcio con capacità desolforanti (calcare o dolomite) aggiunti al materiale del letto. Quest’ultimo processo di desolfatazione in situ è particolarmente interessante perchè l’efficienza di cattura della SO2 raggiunge valori massimi proprio nell’intervallo di temperatura operativa del reattore (800-900°C) e ciò rappresenta per alcuni versi il principale vantaggio della tecnologia FBC.Un campo possibile di riutilizzo dei sorbenti esausti è caratterizzato dalla rigenerazione dell’attività desolforante del sorbente esausto in modo da riusarlo all’interno del reattore FBC, riducendo così i costi relativi allo smaltimento ed all’impiego di sorbente fresco. Tra i differenti metodi proposti in letteratura per la rigenerazione del sorbente esausto uno dei più attraenti è sicuramente il processo di riattivazione del potere sorbente del CaO inconvertito mediante la sua idratazione con acqua o con vapore.Tale processo determina la formazione principalmente di Ca(OH)2 che, avendo un maggiore volume molare del CaO, porta al rigonfiamento del nucleo delle particelle di sorbente esausto ed alla conseguente fessurazione del mantello. Ciò rende le particelle di sorbente idratato/riattivato nuovamente capaci di catturare SO2 se reimmesse nel combustore, realizzando in tal modo gradi di conversione globali maggiori.Le particelle di sorbente processate all’interno dei reattori FBC sono soggette a fenomeni di comminuzione che possono portare all’elutriazione delle particelle stesse. Se da un lato la comminuzione determina l’indesiderata produzione di fini che abbandonano il reattore, dall’altro lato può portare alla rottura del compatto mantello di solfato formatosi durante la solfatazione, permettendo l’ulteriore reazione tra SO2 e nucleo di CaO inconvertito e contribuendo quindi a migliorare l’efficienza del processo. Tra tali fenomeni di comminuzione, va ricordata la frammentazione per impatto . Essa è conseguenza delle elevate velocità di collisione tra le particelle di sorbente fluidizzate e bersagli quali altre particelle solide e pareti interne del reattore. A seconda dell’intensità dell’impatto e della natura del materiale possono determinarsi: i) condizioni di generazione di frammenti molto più piccoli oppure comparabili rispetto alle particelle madri (chipping oppure splitting); ii) fenomeni di frammentazione in toto delle particelle (disintegration). Questi paradigmi sono riportati in Figura 1, dove si osserva che il chipping oppure lo splitting hanno luogo, per materiali semifragili, a causa del diramarsi delle fessurazioni a partire dal punto di contatto particelle-bersaglio, diramazione più o meno estesa a seconda dell’energia associata all’impatto. La disintegrazione della particella è invece osservabile quando si considerano materiali soft, e porta alla produzione di frammenti polidispersi.
Dall’analisi della letteratura di riferimento, si può notare che è stata dedicata poca attenzione ai fenomeni di frammentazione per impatto, e ancora meno informazioni sono disponibili se si considerano sorbenti riattivati (con acqua/vapore) anziché freschi. Questo lavoro di Tesi, ponendosi pertanto in una traccia innovativa, si è focalizzato sullo studio dei fenomeni di frammentazione per impatto di particelle di sorbente riattivate con acqua (WHD) e con vapore (SHD). Gli esperimenti sono stati condotti utilizzando un reattore a letto fluidizzato, un reattore a letto fisso ed un impianto per le prove di frammentazione per impatto basato sul principio di trascinamento di particelle solide mediante una corrente gassosa fino a farle impattare contro un bersaglio. I solidi sono stati caratterizzati mediante analisi XRD, granulometriche, porosimetriche e SEM.