Solid fuel gasification in entrained flow reactor with CO2/H2O

The Integrated Gasification Combined Cycle is nowadays an advanced power production technology based on coal gasification. The kinetic analysis during the gasification process is one of the most investigated aspects of this field, since the conversion of char into syngas represents the most critical step in terms of reaction velocity. Therefore even small improvements can result in noteworthy advantages for the plant. A lot of research has been done in the last century in this field but more is still needed. Previous work deals mainly with relatively low temperatures. This work, instead, aims at analyzing kinetics at high temperatures of an entrained gasification reactor at atmospheric pressure for two coals. In particular, the focus is posed on the analysis of the behavior in presence of coal dioxide and steam water (both separately and together). The pyrolysis experiments showed that for the two considered coals the carbon conversion does not increase significantly with temperature and occurs almost completely with few tenth of seconds. With regards to the experiments done with carbon dioxide and steam, after realizing that the heterogeneous reaction with steam is significantly faster than that with CO2, an atmosphere with both gases was set. At high temperatures the presence of carbon dioxide does not slow down the heterogeneous reaction, as it does at low temperatures, rather it was observed that reaction rate in presence of both gases equals the sum of the reaction rate of the two singularly processes.

L’impianto IGCC è oggigiorno una tecnologia avanzata di produzione di potenza basata sulla gassificazione del carbone. L’analisi della cinetica durante il processo di gassificazione è uno degli aspetti fondamentali su cui verte la ricerca in questo settore, poiché la conversione del char in syngas rappresenta lo stadio più critico, in termini di velocità di reazione. Pertanto, un miglioramento, seppur piccolo, può portare notevoli vantaggi all’intero impianto. Tanta ricerca è stata fatta nell’ultimo secolo in questo settore ma tanta ancora deve essere portata avanti. Per la maggior parte, infatti, si tratta di studi a temperature relativamente basse. In questo contesto si inserisce il presente studio, che ha lo scopo di analizzare la cinetica ad alte temperature di un reattore a flusso trascinato a pressione atmosferica per due diversi tipi di carbone. Particolare attenzione è stata prestata all’analisi del comportamento del sistema in presenza di anidride carbonica e vapore d’acqua (sia separatamente che insieme). Per quanto riguarda gli esperimenti di pirolisi si è visto che per i due carboni analizzati, la “carbon conversion” non aumenta significativamente all’aumentare della temperatura e avviene quasi totalmente prima di pochi decimi di secondo. A proposito delle prove effettuate con anidride carbonica e acqua, dopo aver constatato che la reazione eterogenea con vapor d’acqua è decisamente più veloce rispetto a quella con CO2 si è proceduto a creare un’atmosfera dove entrambi i gas fossero presenti. Gli esperimenti hanno mostrato che ad alte temperature la presenza di anidride carbonica non rallenta la reazione eterogenea, cosa che invece avviene per basse temperature, bensì si è visto che il rateo di reazione in presenza di entrambi i gas corrisponde alla somma del rateo che si avrebbe per i due processi presi singolarmente.