ITRM20000157A1 - PROCEDURE FOR BIOMASS GASIFICATION. - Google Patents

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ITRM20000157A1
ITRM20000157A1 IT2000RM000157A ITRM20000157A ITRM20000157A1 IT RM20000157 A1 ITRM20000157 A1 IT RM20000157A1 IT 2000RM000157 A IT2000RM000157 A IT 2000RM000157A IT RM20000157 A ITRM20000157 A IT RM20000157A IT RM20000157 A1 ITRM20000157 A1 IT RM20000157A1
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IT
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gasification
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gas
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IT2000RM000157A
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Sergio Rapagna
Helene Provendier
Corinne Petit
Alain Kiennemann
Ugo Foscolo
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Uni Degli Studi Di L Aquila
Ecole Chimie Polymeres Et Mate
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DESCRIZIONE DESCRIPTION

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione avente per titolo: “Procedimento per la gassificazione di biomasse” accompanying a patent application for an invention entitled: "Process for the gasification of biomass"

La presente invenzione riguarda un procedimento per la gassificazione delle biomasse che utilizza catalizzatori perovskitici, producendo gas ricco di idrogeno e riducendo drasticamente il contenuto di composti organici condensabili (peci o “tar”). The present invention relates to a process for the gasification of biomass which uses perovskite catalysts, producing gas rich in hydrogen and drastically reducing the content of condensable organic compounds (pitch or "tar").

La combustione di biomasse (termine che comprende legno, rifiuti e/o prodotti agricoli, rifiuti solidi municipali, rifiuti di tipo cellulosico) è usata per generare calore e luce sin dai tempi antichi. Le biomasse hanno rappresentato la risorsa di energia predominante fino a che i combustibili fossili hanno preso piede nell’industria durante la rivoluzione industriale. The combustion of biomass (a term that includes wood, waste and / or agricultural products, municipal solid waste, cellulosic waste) has been used to generate heat and light since ancient times. Biomass was the predominant energy resource until fossil fuels took hold in industry during the industrial revolution.

Oggi è sempre più sentita la necessità di utilizzare fonti rinnovabili di energia, e le biomasse possono essere concretamente utilizzate in impianti di piccola e media capacità situati vicini alle zone dove vengono prodotte, in modo da minimizzare i costi di trasporto e di immagazzinamento, al fine di ottenere combustibili liquidi o gassosi e prodotti chimici (1). Nel settore agricolo, sia i residui agroindustriali, sia le colture appositamente effettuate su terreni agricoli destinati allo scopo, possono essere fonti di ^biomasse a costi accettabili, e con caratteristiche compatibili con i requisiti tecnici degli impianti di trasformazione, per quanto riguarda il livello di umidità, il contenuto di zolfo, le dimensioni delle particelle, etc (2). Today the need to use renewable energy sources is increasingly felt, and biomass can be concretely used in small and medium capacity plants located close to the areas where they are produced, in order to minimize transport and storage costs, in order to to obtain liquid or gaseous fuels and chemicals (1). In the agricultural sector, both agro-industrial residues and crops specifically grown on agricultural land intended for the purpose can be sources of biomass at acceptable costs, and with characteristics compatible with the technical requirements of processing plants, as regards the level of humidity, sulfur content, particle size, etc (2).

Tra i vari procedimenti di conversione termochimica delle biomasse, la gassificazione è un procedimento economicamente competitivo per l'ottenimento di un gas pulito, ricco; in idrogeno, adatto alla produzione di energia o di composti chimici (3,4). Among the various thermochemical conversion processes of biomass, gasification is an economically competitive process for obtaining a clean, rich gas; in hydrogen, suitable for the production of energy or chemical compounds (3,4).

Esistono quattro tipi convenzionali di gassifìcatori di biomasse: gassificatore a letto fisso con flusso di gas dal basso, gassificatore a letto fisso con flusso di gas dall'alto, gassificatore a letto mobile e gassificatore a letto fluidizzato. There are four conventional types of biomass gasifiers: fixed bed gasifier with bottom gas flow, fixed bed gasifier with top gas flow, moving bed gasifier and fluidized bed gasifier.

In particolare la gassificazione in reattori a letto fluidizzato in presenza di vapore d'acqua è in grado di massimizzare i prodotti gassosi rispetto a quelli liquidi (composti organici ad elevato peso molecolare, peci o “tari<1>) e solidi (carbone o "char"), perché consente una elevata velocità di riscaldamento delle particelle di biomassa utilizzate e un tempo di residenza ottimale. Questo procedimento inoltre è sufficientemente flessibile per consentire il trattamento di materiali solidi, con caratteristiche chimico - fisiche variabili. In particular, gasification in fluidized bed reactors in the presence of water vapor is able to maximize gaseous products compared to liquid ones (high molecular weight organic compounds, pitch or "tari <1>) and solid (coal or" char "), because it allows a high heating rate of the biomass particles used and an optimal residence time. Furthermore, this process is flexible enough to allow the treatment of solid materials, with variable chemical - physical characteristics.

La possibilità di realizzare industrialmente il procedimento dipende essenzialmente dalle tecnologie di purificazione del gas, volte a separare le polveri e a trasformare i composti organici presenti in gas permanenti, in modo da rendere il gas utilizzabile nelle turbine a gas (senza problemi di condensazione delle peci nell'impianto), nelle celle a combustibile oppure per la produzione di composti chimici quali il metanolo. Inoltre, la trasformazione catalitica dei "tar" aumenta la produzione di gas e quindi l'efficienza del procedimento di conversione termochimica delle biomasse (5). Le peci possono essere anche eliminate mediante un lavaggio del gas con acqua, ma questa soluzione non è attraente sul piano della efficienza termica del procedimento ed inoltre crea problemi ambientali per lo smaltimento di acque contenenti composti organici. The possibility of carrying out the process industrially depends essentially on gas purification technologies, aimed at separating the dust and transforming the organic compounds present in permanent gases, in order to make the gas usable in gas turbines (without condensation problems of the pitch in the plant), in fuel cells or for the production of chemical compounds such as methanol. Furthermore, the catalytic transformation of the "tar" increases the production of gas and therefore the efficiency of the thermochemical conversion process of biomass (5). The pitch can also be eliminated by washing the gas with water, but this solution is not attractive in terms of the thermal efficiency of the process and also creates environmental problems for the disposal of water containing organic compounds.

Per i motivi appena citati, i procedimenti di gassificazione delle biomasse fanno sempre più uso di catalizzatori in grado di trasformare in gas permanenti le peci, a temperature accettabili (6). Se si desidera produrre idrogeno o gas di sintesi, allora è necessario riformare cataliticamente anche il metano (7). For the reasons just mentioned, biomass gasification processes increasingly make use of catalysts capable of transforming pitch into permanent gas, at acceptable temperatures (6). If it is desired to produce hydrogen or synthesis gas, then methane must also be catalytically reformed (7).

Numerosi studi sono stati pubblicati riguardo al trattamento catalitico dei gas ottenuti dalla gassificazione delle biomasse (8-13). Le problematiche principali possono essere individuate nella scelta della migliore configurazione del procedimento e nel tipo di catalizzatore da utilizzare. Numerous studies have been published regarding the catalytic treatment of gases obtained from the gasification of biomass (8-13). The main problems can be identified in the choice of the best configuration of the process and in the type of catalyst to be used.

Nei procedimenti tradizionali di gassificazione si utilizza aria per bruciare una parte della biomassa, alio scopo di fornire il calore necessario per le reazioni endotermiche di gassificazione (15); ciò comporta una diluizione con azoto del gas prodotto e la conseguente riduzione del suo potere calorifico. Per risolvere questo problema, recentemente sono state proposte configurazioni del procedimento che tendono alla separazione delle fasi di combustione e gassificazione mediante due zone fluidizzate parallele (16-20), una alimentata con aria e l'altra con vapore d'acqua; il trasferimento di calore dalla sezione di combustione a quella di gassificazione è realizzato mediante circolazione delle particelle solide del letto tra le due sezioni, minimizzando la contaminazione tra il prodotto gassoso della gassificazione e quello effluente dalla zona di combustione. In quest'ultima, il residuo carbonioso ottenuto dal procedimento: di gassificazione delle biomasse, eventualmente insieme con altri combustibili, viene bruciato con aria ad una temperatura leggermente superiore (di circa 50 °C) alla temperatura della zona di gassificazione dove viene immessa la biomassa. Evitando la contaminazione tra le fasi gassose presenti nelle due zone è possibile ottenere un combustibile con un contenuto di azoto molto basso. In traditional gasification processes, air is used to burn a part of the biomass, in order to supply the heat necessary for the endothermic gasification reactions (15); this involves a dilution of the gas produced with nitrogen and the consequent reduction of its calorific value. To solve this problem, process configurations have recently been proposed which tend to separate the combustion and gasification phases by means of two parallel fluidized zones (16-20), one fed with air and the other with water vapor; the heat transfer from the combustion section to the gasification section is achieved by circulating the solid particles of the bed between the two sections, minimizing the contamination between the gaseous product of the gasification and the effluent from the combustion zone. In the latter, the carbon residue obtained from the biomass gasification process, possibly together with other fuels, is burned with air at a slightly higher temperature (about 50 ° C) than the temperature of the gasification zone where the biomass is introduced . By avoiding contamination between the gaseous phases present in the two zones, it is possible to obtain a fuel with a very low nitrogen content.

I catalizzatori artificiali o naturali (quali dolomite, olivina), che catalizzano il cracking e il reforming delle peci, intervengono nella gassificazione di biomasse attraverso tre possibili configurazioni di procedimento (21): The artificial or natural catalysts (such as dolomite, olivine), which catalyze the cracking and reforming of pitches, intervene in the gasification of biomass through three possible process configurations (21):

- la sostanza catalitica è immessa nel gassificatore in continuo, insieme con la biomassa, in modo congiunto o disgiunto; - the catalytic substance is fed into the gasifier continuously, together with the biomass, jointly or separately;

- il catalizzatore costituisce parte integrante del letto fluidizzato del gassificatore (procedimento a singolo stadio, 22); - the catalyst forms an integral part of the fluidized bed of the gasifier (single-stage process, 22);

- si utilizza un reattore catalitico secondario, a letto fisso o fluidizzato, posto a valle del gassificatore (procedimento a doppio stadio, 23). - a secondary catalytic reactor is used, with a fixed or fluidized bed, located downstream of the gasifier (two-stage process, 23).

Questi schemi non sono alternativi tra loro, ma possono coesistere in uno stesso procedimento; a volte, ad esempio, la dolomite è utilizzata nel gassificatore per ridurre il tenore delle peci, le quali sono poi successivamente eliminate facendo passare il gas attraverso un reattore catalitico. Quando i catalizzatori sono utilizzati direttamente dentro il gassificatore le. particelle devono essere resistenti allo stress meccanico, all'attrito e, nel caso di letti circolanti, devono rimanere attive anche dopo diversi cicli di ossidazione e di riduzione. E' quindi difficile definire una configurazione ottimale per il procedimento catalitico di gassificazione, perché essa dipende dal tipo di materiale utilizzato e dalle specifiche del prodotto gassoso che devono soddisfare i requisiti delle utenze. These schemes are not alternative to each other, but they can coexist in the same process; sometimes, for example, dolomite is used in the gasifier to reduce the content of pitches, which are then subsequently eliminated by passing the gas through a catalytic reactor. When the catalysts are used directly inside the gasifier the. particles must be resistant to mechanical stress, friction and, in the case of circulating beds, must remain active even after several oxidation and reduction cycles. It is therefore difficult to define an optimal configuration for the catalytic gasification process, because it depends on the type of material used and on the specifications of the gaseous product that must meet the requirements of the users.

Per quanto riguarda la scelta dei catalizzatori, quelli a base di nichel sono i più indicati sia per ragioni tecniche che economiche (24). Tuttavia, molti catalizzatori commerciali che contengono nichel si disattivano più o meno velocemente, sia per il fenomeno della sinterizzazione, sia per la deposizione di carbone sulla loro superficie (25). Il nichel depositato su allumina, ad alte temperature reagisce con il supporto con conseguente diminuzione della sua attività catalitica. La sinterizzazione favorisce la produzione di coke. Il risultato di tutto questo è che con i catalizzatori supportati disponibili in commercio nelle condizioni di reazione si assiste ad una rapida disattivazione. As regards the choice of catalysts, those based on nickel are the most suitable for both technical and economic reasons (24). However, many commercial catalysts that contain nickel deactivate more or less quickly, both due to the phenomenon of sintering and due to the deposition of carbon on their surface (25). Nickel deposited on alumina reacts with the support at high temperatures with a consequent decrease in its catalytic activity. Sintering favors the production of coke. The result of all this is that with the supported catalysts available on the market under the reaction conditions there is a rapid deactivation.

Allo scopo di aumentare il grado di dispersione della specie attiva nelle particelle di catalizzatore, è noto l'inserimento degli atomi del metallo entro strutture definite del tipo pirocioro (A2B2O7), spinello (AB2O4) 0 perovskite (ABO3), in cui A e B sono elementi compatibili (2628). In questo modo la superficie specifica è inferiore al caso di catalizzatori supportati, ma la forte interazione tra gli atomi riduce il fenomeno della sinterizzazione e deila formazione di carbone. I suddetti sistemi catalitici si sono mostrati validi per il “reforming" del metano (29, 30), tuttavia non eliminano completamente il fenomeno della sinterizzazione e della formazione di carbone (31). In order to increase the degree of dispersion of the active species in the catalyst particles, the insertion of the metal atoms into defined structures of the pyrochloric (A2B2O7), spinel (AB2O4) or perovskite (ABO3) type is known, in which A and B are compatible elements (2628). In this way the specific surface is lower than in the case of supported catalysts, but the strong interaction between the atoms reduces the phenomenon of sintering and carbon formation. The above catalytic systems have proved to be valid for the "reforming" of methane (29, 30), however they do not completely eliminate the phenomenon of sintering and carbon formation (31).

Sono noti sistemi catalitici in cui nelle strutture definite viene inserito un terzo elemento in grado di stabilizzare il sistema stesso. Il brevetto US 5,447,705 descrive un catalizzatore perovskitico contenente questo terzo elemento, avente formula generale Ι_η*Αι-yByC>3, in cui x è un numero compreso tra 0 e 10, y è un numero compreso tra 0 e 1 , Ln è almeno una terra rara, stronzio o bismuto, A è un metallo appartenente ai gruppi IVb, Vb, Vib, Vllb, o Vili della tabella periodica degli elementi, B è un metallo dei gruppi IVb, Vb, Vib, Vllb, o Vili della tabella periodica degli elementi, e A e B sono due metalli differenti. I catalizzatori del brevetto US 5,447,705 sono utilizzati per la ossidazione parziale del metano o di miscele gassose contenenti metano. Non è descritta alcuna applicazione di tali catalizzatori per la gassificazione di materiali solidi in genere, e di biomasse. ;Gli autori della presente invenzione hanno messo a punto un procedimento per la gassificazione di biomasse che produce gas ad alto contenuto di idrogeno e riduce drasticamente il contenuto di composti organici condensabili (peci). Il procedimento dell’invenzione fa uso dei catalizzatori perovskitici descritti nel brevetto US 5,447,705. I gas ottenuti con il procedimento dell'invenzione possono essere vantaggiosamente utilizzati per i’aiimentazione di celle a combustibile o per la produzione di “Chemicals” o per qualsiasi uso che sfrutti l'alto contenuto di idrogeno e la riduzione drastica del contenuto di composti organici condensabili (peci). Gli autori hanno messo a punto due tipologie di procedimento, a singolo stadio e a doppio stadio, cosi come hanno trovato le quantità assolute ottimali dei componenti del catalizzatore. ;Forma pertanto oggetto della presente invenzione un procedimento per la gassificazione di biomasse comprendente una fase di conversione catalitica con un catalizzatore perovskitico di formula: LnyAi-xBx03, in cui y è un numero compreso tra 0 e 10, x è un numero compreso tra 0 e1 , Ln è una terra rara, stronzio o bismuto, A è un metallo appartenente ai gruppi IVb, Vb, Vib, Vllb, o Vili della tabella periodica degli elementi, B è un metallo dei gruppi IVb, Vb, Vib, Vllb, o Vili della tabella periodica degli elementi, e A è diverso da B. Preferibilmente ha formula LaNixFe1-xO3, con x definito come sopra. Ancora più preferibilmente x è compreso tra 0.1 e 0.9, inclusi gli estremi. Sempre più preferibilmente x è uguale a 0.3. ;In un aspetto preferito dell'invenzione il catalizzatore è utilizzato dopo essere stato ridotto. ;Costituisce un oggetto preferito dell’invenzione un procedimento per la gassificazione delle biomasse che comprende le fasi di: ;a) trattamento termo-chimico delle biomasse in un gassificatore ad una temperatura compresa tra 700°C e 900°C e in presenza di vapore di acqua; ;b) conversione catalitica con il catalizzatore dell’invenzione. ;Preferibilmente il procedimento comprende anche la fase di: c) condensazione del vapore d’acqua e delle peci presenti nel gas così ottenuto. ;In un aspetto preferito la fase di trattamento termo-chimico e la fase di conversione catalitica avvengono contemporaneamente in un unico reattore. ;In un aspetto preferito il reattore è un reattore a letto fluidizzato. In un aspetto preferito il catalizzatore perovskitico utilizzato nel procedimento dell’invenzione è supportato su olivina. ;In un aspetto preferito la fase di trattamento termo-chimico delle biomasse avviene in un primo reattore e la fase di conversione catalitica avviene in un reattore secondario, posto a valle del primo reattore. Preferibilmente il primo reattore è a letto fluidizzato e il reattore secondario è un reattore a letto fisso; ancora più preferibilmente il primo reattore comprende olivina. ;Costituisce ulteriore oggetto dell'invenzione un gas ottenibile con il procedimento secondo l’invenzione stessa. ;Costituisce ulteriore oggetto dell’invenzione l’uso del gas secondo l'invenzione per la produzione di prodotti di chimica fine. ;Costituisce ulteriore oggetto dell’invenzione l’uso del gas secondo l’invenzione per la alimentazione di generatori di energia elettrica, in particolare di celle a combustibile. ;Costituisce ulteriore oggetto dell’invenzione l’uso del gas secondo l’invenzione come vettore energetico. ;La presente invenzione verrà ora descritta facendo riferimento a prove sperimentali da ritenersi esemplificative e non limitative, assieme alle figure allegate, in cui: ;la figura 1 mostra la distribuzione elementare di LaNio.3Feo.7O3 misurata con EDX, utilizzando un raggio localizzato di (1) 200 nm e (2-8) 14 nm; ;la figura 2 mostra le Curve di Riduzione a Temperatura Programmata (TPR) per LaNio.3Feo.7O3 su olivina calcinata e olivina naturale; ;la figura 3 mostra i risultati delle prove di reattività del reforming del CH4 con LaNio.3Feo.7O3 in funzione della temperatura: (♦) conversione del CH4 , (A) carbone depositato sul catalizzatore, (A) selettività in CO, (*) selettività in CO2; Catalytic systems are known in which a third element capable of stabilizing the system is inserted into the defined structures. US patent 5,447,705 describes a perovskitic catalyst containing this third element, having general formula Ι_η * Αι-yByC> 3, in which x is a number between 0 and 10, y is a number between 0 and 1, Ln is at least one rare earth, strontium or bismuth, A is a metal belonging to groups IVb, Vb, Vib, Vllb, or VIII of the periodic table of elements, B is a metal of groups IVb, Vb, Vib, Vllb, or VIII of the periodic table of elements, and A and B are two different metals. The catalysts of US patent 5,447,705 are used for the partial oxidation of methane or of gaseous mixtures containing methane. No application of these catalysts for the gasification of solid materials in general and biomass is described. The authors of the present invention have developed a process for the gasification of biomass which produces gases with a high hydrogen content and drastically reduces the content of condensable organic compounds (pitch). The process of the invention makes use of the perovskite catalysts described in US patent 5,447,705. The gases obtained with the process of the invention can be advantageously used for the supply of fuel cells or for the production of "Chemicals" or for any use that exploits the high content of hydrogen and the drastic reduction of the content of organic compounds. condensable (pitch). The authors have developed two types of process, single-stage and double-stage, as well as have found the absolute optimal quantities of the catalyst components. The object of the present invention is therefore a process for the gasification of biomass comprising a catalytic conversion step with a perovskitic catalyst having the formula: LnyAi-xBx03, in which y is a number between 0 and 10, x is a number between 0 e1, Ln is a rare earth, strontium or bismuth, A is a metal belonging to groups IVb, Vb, Vib, Vllb, or Vili of the periodic table of elements, B is a metal of groups IVb, Vb, Vib, Vllb, or VIII of the periodic table of elements, and A is different from B. Preferably it has formula LaNixFe1-xO3, with x defined as above. Even more preferably x is between 0.1 and 0.9, including the extremes. More and more preferably x is equal to 0.3. In a preferred aspect of the invention the catalyst is used after being reduced. ; A preferred object of the invention is a process for the gasification of biomasses which comprises the steps of:; a) thermo-chemical treatment of the biomasses in a gasifier at a temperature between 700 ° C and 900 ° C and in the presence of steam of water; ; b) catalytic conversion with the catalyst of the invention. ; Preferably, the process also includes the step of: c) condensation of the water vapor and pitch present in the gas thus obtained. In a preferred aspect, the thermo-chemical treatment step and the catalytic conversion step occur simultaneously in a single reactor. In a preferred aspect the reactor is a fluidized bed reactor. In a preferred aspect, the perovskite catalyst used in the process of the invention is supported on olivine. In a preferred aspect, the biomass thermo-chemical treatment step takes place in a first reactor and the catalytic conversion step takes place in a secondary reactor, located downstream of the first reactor. Preferably the first reactor is a fluidized bed and the secondary reactor is a fixed bed reactor; even more preferably the first reactor comprises olivine. ; A further object of the invention is a gas obtainable with the process according to the invention itself. ; Another object of the invention is the use of the gas according to the invention for the production of fine chemical products. ; Another object of the invention is the use of gas according to the invention for the power supply of electricity generators, in particular fuel cells. ; Another object of the invention is the use of the gas according to the invention as an energy vector. ; The present invention will now be described with reference to experimental tests to be considered exemplary and not limiting, together with the attached figures, in which:; figure 1 shows the elementary distribution of LaNio.3Feo.7O3 measured with EDX, using a localized ray of (1) 200 nm and (2-8) 14 nm; ; Figure 2 shows the Programmed Temperature Reduction Curves (TPR) for LaNio.3Feo.7O3 on calcined olivine and natural olivine; ; Figure 3 shows the results of the reactivity tests of the reforming of CH4 with LaNio.3Feo.7O3 as a function of temperature: (♦) conversion of CH4, (A) carbon deposited on the catalyst, (A) selectivity into CO, (* ) selectivity in CO2;

la figura 4 mostra lo schema deirimpianto di gassificazione: 1-gassificatore a letto fluidizzato; 2-distributore del gas; 3-cassa d'aria; 4-forno; 5-dosatore di biomassa; 6-ciclone; 7-filtro a candela ceramica; 8-termostato; 9-contatore volumetrico; 10-aspiratore; 11 -manometro ad acqua; 12-frangifiamma; 13-rivelatore di tracce di acqua; 14-rilevatore a termoconducibilità per l'analisi di H2; 15-rivelatore a infrarosso per l'analisi di CO, CO2 e CH4; 16-elaboratore; 17-misuratori di temperatura; 18-pompa dosatrice; 19-reattore catalitico a letto fisso; 20-caldaia per la produzione di vapore; Figure 4 shows the diagram of the gasification plant: 1-fluidized bed gasifier; 2-gas distributor; 3-air box; 4-oven; 5-biomass dispenser; 6-cyclone; 7-ceramic candle filter; 8-thermostat; 9-volumetric counter; 10-aspirator; 11 - water pressure gauge; 12-flame arrester; 13-detector of traces of water; 14-heat conductivity detector for H2 analysis; 15-infrared detector for the analysis of CO, CO2 and CH4; 16-computer; 17-temperature gauges; 18-metering pump; 19-fixed bed catalytic reactor; 20-boiler for the production of steam;

la figura 5a mostra il contenuto di “tar” nel gas con la configurazione del procedimento a doppio stadio catalizzatore fresco pre-ridotto, B1 (O); catalizzatore usato senza pre-riduzione, B2 (□), B3 (Δ), B4 (O), B5 (O); Figure 5a shows the content of “tar” in the gas with the configuration of the two-stage process pre-reduced fresh catalyst, B1 (O); catalyst used without pre-reduction, B2 (□), B3 (Δ), B4 (O), B5 (O);

la figura 5b mostra il contenuto di "tar" nel gas con la configurazione del procedimento a doppio stadio: catalizzatore fresco pre-ridotto B1 (O); catalizzatore usato pre-ridotto: B6 (□), B7 (Δ), B8 (O); figure 5b shows the "tar" content in the gas with the configuration of the two-stage process: pre-reduced fresh catalyst B1 (O); pre-reduced catalyst used: B6 (□), B7 (Δ), B8 (O);

la figura 6 mostra la composizione del gas secco in funzione del tempo di gassificazione per la prova E3; Figure 6 shows the composition of the dry gas as a function of the gasification time for the E3 test;

la figura 7 mostra il contenuto di "tar" nel gas con la configurazione del procedimento a singolo stadio: D1 (·), D2 (■), D3 (A), E1 (O), E2 (□), E3 (Δ), E4 (O); Figure 7 shows the "tar" content in the gas with the configuration of the single step process: D1 (·), D2 (■), D3 (A), E1 (O), E2 (□), E3 (Δ) , E4 (O);

la figura 8 mostra il contenuto di "tar" nel gas con la configurazione del procedimento a singolo stadio, in funzione del tempo complessivo di gassificazione: E1 (0), E2 (□), E3 (Δ), E4 (O); Figure 8 shows the "tar" content in the gas with the configuration of the single-stage process, as a function of the overall gasification time: E1 (0), E2 (□), E3 (Δ), E4 (O);

la figura 9 mostra la morfologia del LaNio.3Feo.703dopo le prove di reattività. figure 9 shows the morphology of LaNio.3Feo.703 after the reactivity tests.

la figura 10a 10b illustra la reattività di diversi catalizzatori con x compreso tra 0.1 e 1. Figure 10a 10b illustrates the reactivity of different catalysts with x between 0.1 and 1.

Esempio 1 Preparazione di Catalizzatori La-Ni-Fe Example 1 Preparation of La-Ni-Fe Catalysts

Il catalizzatore avente formula LaNixFe(1-X)03 con x variabile tra 0 e 1 è stato preparato mediante la tecnica sol-gel descritta altrove (33). The catalyst having the formula LaNixFe (1-X) 03 with x varying between 0 and 1 was prepared by the sol-gel technique described elsewhere (33).

In breve, i nitrati La(N03)36H20, Ni(N03)26H20 e Fe(N03)39H20 sono stati disciolti separatamente in acido propionico, in quantità tali da ottenere il valore desiderato di x. Le soluzioni contenenti nichel e ferro sono state mescolate insieme e aggiunte alla soluzione contenente lantanio. La soluzione risultante è stata agitata per 30 minuti, evaporata fino ad avere la consistenza di una resina, la quale è stata poi calcinata in aria alla temperatura di 750°C (velocità di riscaldamento 3 <° >C/minuto) per 4 ore. Briefly, the nitrates La (N03) 36H20, Ni (N03) 26H20 and Fe (N03) 39H20 were dissolved separately in propionic acid, in quantities such as to obtain the desired value of x. The solutions containing nickel and iron were mixed together and added to the solution containing lanthanum. The resulting solution was stirred for 30 minutes, evaporated to the consistency of a resin, which was then calcined in air at a temperature of 750 ° C (heating rate 3 <°> C / minute) for 4 hours.

Esempio 2 Preparazione della Perovskite La-Ni-Fe supportata su olivina Example 2 Preparation of Perovskite La-Ni-Fe supported on olivine

Al fine di poter effettuare prove di gassificazione di biomasse con il catalizzatore collocato nel letto fluidizzato del gassificatore (procedimento a singolo stadio), la perovskite trimetallica, i cui aggregati sono caratterizzati da scarsa durezza, deve essere impregnata su un supporto idoneo. A questo scopo sono state utilizzate particelle di olivina, a causa della loro elevata resistenza meccanica all'abrasione e della consolidata esperienza in merito al loro uso nei gassificatori a letto fluidizzato. L'olivina è costituita principalmente da silicati di magnesio e ferro ( MgO 48-50%, SiO2 39-42%, Fe203 8-10%), e presenta una buona attività nel reforming delle peci (20). Viene estratta in Austria e nel nord dell'Italia. In order to be able to carry out biomass gasification tests with the catalyst placed in the fluidized bed of the gasifier (single-stage procedure), the trimetallic perovskite, whose aggregates are characterized by low hardness, must be impregnated on a suitable support. For this purpose olivine particles have been used, due to their high mechanical resistance to abrasion and the consolidated experience regarding their use in fluidized bed gasifiers. Olivine consists mainly of magnesium and iron silicates (MgO 48-50%, SiO2 39-42%, Fe203 8-10%), and has a good activity in the reforming of pitches (20). It is mined in Austria and northern Italy.

Sono state utilizzate sia l'olivina naturale sia quella calcinata per preparare campioni diversi di peroskite supportata. I nitrati di La, Ni e Fe sono stati disciolti e miscelati insieme come descritto precedentemente. Dopo 30 minuti di agitazione della soluzione propionica, particelle di olivina, aventi un diametro compreso tra 250 pm e 600 pm, sono state aggiunte alla soluzione. L'eccesso di solvente (acido propionico) è stato evaporato sotto vuoto (0,1 atm) a 60 °C. Il supporto così impregnato, è stato essiccato a 120°C e poi calcinato in aria (4 ore a 800°C). I raggi X hanno confermato la struttura attesa. La perovskite rappresenta il 4,5% del peso totale delle particelle, come è risultato dall'analisi elementare. Both natural and calcined olivine were used to prepare different samples of supported peroskite. The nitrates of La, Ni and Fe were dissolved and mixed together as described above. After stirring the propionic solution for 30 minutes, olivine particles, having a diameter between 250 µm and 600 µm, were added to the solution. The excess solvent (propionic acid) was evaporated under vacuum (0.1 atm) at 60 ° C. The impregnated support was dried at 120 ° C and then calcined in air (4 hours at 800 ° C). X-rays confirmed the expected structure. Perovskite represents 4.5% of the total weight of the particles, as resulted from the elemental analysis.

Esempio 3 Caratterizzazione dei Catalizzatori Example 3 Characterization of the Catalysts

I catalizzatori sono stati caratterizzati mediante raggi X utilizzando un diffrattometro Siemens D-500 avente radiazione CuKa, e mediante microscopia elettronica utilizzando un apparato TOPCON EM 002-B collegato con uno spettrometro a raggi X per determinare l'omogeneità del campione. The catalysts were characterized by X-rays using a Siemens D-500 diffractometer having CuKa radiation, and by electron microscopy using a TOPCON EM 002-B apparatus connected with an X-ray spectrometer to determine the homogeneity of the sample.

Le quantità totali di La, Ni, Fe e la quantità di carbonio depositato sul catalizzatore durante le prove di reattività sono state valutate mediante analisi elementare nel centro di Vernaison (CNRS), con il risultato di ottenere un errore inferiore all'1% tra i rapporti stechiometrici ed i valori rilevati sperimentalmente. The total quantities of La, Ni, Fe and the quantity of carbon deposited on the catalyst during the reactivity tests were evaluated by elemental analysis in the Vernaison center (CNRS), with the result of obtaining an error of less than 1% between the stoichiometric ratios and experimentally measured values.

Tutti i risultati che si riportano sono riferiti al catalizzatore avente un valore x=0,3 nella formula generale della struttura perovskitica: prove precedenti (28) hanno mostrato che per un rapporto Ni/Fe corrispondente a questo valore di x si hanno le migliori prestazioni nelle reazioni di reforming del metano. All the results reported refer to the catalyst having a value x = 0.3 in the general formula of the perovskite structure: previous tests (28) have shown that for a Ni / Fe ratio corresponding to this value of x the best performances are obtained. in methane reforming reactions.

L'area superficiale BET è di 5,8 m<2>(g cat)<-1>. il diagramma a raggi X è stato confrontato con i corrispondenti diagrammi del LaFe03 e LaNi03 . Il diagramma mostra che si ottiene solo una fase perovskitica. Si nota anche una regolare e progressiva deriva della struttura dei picchi tra quelli del LaFe03 e quelli del LaNiO3' (20 = 32,4, mentre per LaFeO3 il valore è 32,2 e per LaNiO3 32,8). li parametro di cella è uguale a 3,90 A, mentre quello del LaFeO3 e del LaNi03 valgono 3,92 A e 3,84 A, rispettivamente. I valori si riferiscono ad una struttura pseudo-cubica che conferma la formazione di una soluzione solida (37). The BET surface area is 5.8 m <2> (g cat) <-1>. the X-ray diagram was compared with the corresponding LaFe03 and LaNi03 diagrams. The diagram shows that only a perovskite phase is obtained. There is also a regular and progressive drift of the structure of the peaks between those of LaFe03 and those of LaNiO3 '(20 = 32.4, while for LaFeO3 the value is 32.2 and for LaNiO3 32.8). The cell parameter is equal to 3.90 A, while that of LaFeO3 and LaNi03 are worth 3.92 A and 3.84 A, respectively. The values refer to a pseudo-cubic structure which confirms the formation of a solid solution (37).

La spettroscopia a raggi X insieme alla microscopia elettronica a trasmissione è stata effettuata su diverse aree dei campioni utilizzando sia un raggio incidente da 200 nm che un raggio più localizzato da 14 nm, al fine di ottenere informazioni sulla omogeneità del campione (38). I risultati sono riportati in Figura 1. Entrambe le analisi confermano la presenza di una soluzione solida di La-Ni-Fe. X-ray spectroscopy together with transmission electron microscopy was performed on different areas of the samples using both a 200 nm incident beam and a more localized 14 nm beam, in order to obtain information on the homogeneity of the sample (38). The results are reported in Figure 1. Both analyzes confirm the presence of a solid solution of La-Ni-Fe.

Esempio 4 Riduzione del catalizzatore a temperatura programmata Example 4 Reduction of the catalyst to programmed temperature

I risultati della riduzione a temperatura programmata (TRP) del catalizzatore LaNio.3Fe0.7O3 indicano la presenza di due picchi, il primo alla temperatura di 370°C probabilmente dovuto alla perdita di ossigeno dalla struttura, che corrisponde al passaggio da Ni'' a Ni" (29). Il secondo picco, alla temperatura di 870°C, è dovuto alla formazione di nichel e ferro metallico che formano una lega Ni-Fe (~ 60% Ni) depositata su LaFeO3 e La2O3 come dimostrato dagli esperimenti di Mòssbauer (39). The results of the programmed temperature reduction (TRP) of the LaNio.3Fe0.7O3 catalyst indicate the presence of two peaks, the first at a temperature of 370 ° C probably due to the loss of oxygen from the structure, which corresponds to the transition from Ni '' to Ni "(29). The second peak, at a temperature of 870 ° C, is due to the formation of nickel and metallic iron which form a Ni-Fe alloy (~ 60% Ni) deposited on LaFeO3 and La2O3 as demonstrated by Mòssbauer's experiments (39).

Per quanto riguarda la perovskite supportata su olivina, la Figura 2 mostra un confronto tra le curve TPR della LaNio.3Feo.7O3 impregnata su olivina non calcinata e della stessa olivina, rispettivamente. Si possono distinguere tre picchi per il sistema La-Ni-Fe/olivina, a 340°C, 550°C e 880°C. Quello a temperatura intermedia (550°C) corrisponde chiaramente al picco di riduzione della olivina (630°C), e la differenza di temperatura tra i due va fatta risalire all'effetto del nichel sulla struttura dell'olivina. Il picco appena pronunciato a 340°C può essere messo in relazione alla riduzione dell'ossido di nichel per formare particelle di nichel metallico, o ad una perdita di ossigeno da parte della struttura. Il picco a 880°C è anch'esso simile a quello incontrato precedentemente nella riduzione della soluzione solida LaNio.3Fe0.7O3 e conduce alla formazione di nichel metallico; è anche possibile la generazione di atomi di ferro provenienti dalla struttura dell'olivina, che portano alla formazione della lega Ni-Fe. Esempio 5 Prove standard di funzionalità dei catalizzatori: reazione di "steam reforming" del metano in un reattore catalitico a letto fisso L'attività del catalizzatore nella reazione di reforming del metano è stata valutata utilizzando un reattore in quarzo del diametro di 6,6 mm. Le condizioni operative delie prove sono state: temperatura alla quale i gas attraversano il catalizzatore uguale a 800°C, portate volumetriche dei gas uguali a: Ar 15 Lh<-1 >(g cat)<-1>, CH4 1,5 Lh<-1 >(g cat)<-1>, H2O 4,5 Lh<-1 >(g cat)<-1>, (CFU/H203), H2 3 Lh<'1 >(g cat)<-1>. L'acqua viene inviata mediante una micropompa in un recipiente tenuto a 120°C dove vaporizza, e viene successivamente miscelata con gli altri gas. Il gas in uscita dal reattore è stato analizzato mediante due gas-cromatografi: il primo per determinare CH4, CO e CO2 , e il secondo per CO e H2. As for the perovskite supported on olivine, Figure 2 shows a comparison between the TPR curves of LaNio.3Feo.7O3 impregnated on uncalcined olivine and of the same olivine, respectively. Three peaks can be distinguished for the La-Ni-Fe / olivine system, at 340 ° C, 550 ° C and 880 ° C. The one at intermediate temperature (550 ° C) clearly corresponds to the olivine reduction peak (630 ° C), and the difference in temperature between the two can be traced back to the effect of nickel on the olivine structure. The just pronounced peak at 340 ° C can be related to the reduction of nickel oxide to form metal nickel particles, or to a loss of oxygen by the structure. The peak at 880 ° C is also similar to that encountered previously in the reduction of the solid solution LaNio.3Fe0.7O3 and leads to the formation of metallic nickel; it is also possible to generate iron atoms from the olivine structure, which lead to the formation of the Ni-Fe alloy. Example 5 Standard functionality tests of the catalysts: methane "steam reforming" reaction in a fixed bed catalytic reactor The activity of the catalyst in the methane reforming reaction was evaluated using a quartz reactor with a diameter of 6.6 mm . The operating conditions of the tests were: temperature at which the gases pass through the catalyst equal to 800 ° C, volumetric flow rates of the gases equal to: Ar 15 Lh <-1> (g cat) <-1>, CH4 1.5 Lh <-1> (g cat) <-1>, H2O 4,5 Lh <-1> (g cat) <-1>, (CFU / H203), H2 3 Lh <'1> (g cat) <- 1>. The water is sent by means of a micropump to a container kept at 120 ° C where it vaporizes, and is subsequently mixed with the other gases. The gas leaving the reactor was analyzed by means of two gas chromatographs: the first to determine CH4, CO and CO2, and the second for CO and H2.

Prima di effettuare le prove di reattività, ii catalizzatore è stato pre-ridotto con una corrente di azoto e idrogeno alla portata di 2 L h<-1 >(g cat)<-1 >, con riscaldamento del campione dalla temperatura ambiente alla temperatura di 600°C ad una velocità di riscaldamento di 10°C/minuto. Successivamente in presenza della corrente di reazione il catalizzatore è stato ulteriormente riscaldato alla temperatura di 800°C ad una velocità di 3°C/minuto. I risultati delle prove si riferiscono alla temperatura di 800°C e a condizioni stabili di reazione che superano le 150 ore. La conversione del CH4, la selettività del CO e la produzione di CO sono stati calcolati nel seguente modo: Before carrying out the reactivity tests, the catalyst was pre-reduced with a stream of nitrogen and hydrogen at a flow rate of 2 L h <-1> (g cat) <- 1>, with heating of the sample from room temperature to temperature of 600 ° C at a heating rate of 10 ° C / minute. Subsequently, in the presence of the reaction stream, the catalyst was further heated to a temperature of 800 ° C at a rate of 3 ° C / minute. The results of the tests refer to a temperature of 800 ° C and to stable reaction conditions that exceed 150 hours. The conversion of CH4, the selectivity of CO and the production of CO were calculated as follows:

La reattività del catalizzatore è stata effettuata in presenza di idrogeno e in eccesso di vapore d'acqua (H20/CH4 = 3; H2/CH4 = 2) in modo da simulare un gas avente le caratteristiche del gas prodotto dal gassifìcatore di biomasse, come descritto più avanti. Dopo la riduzione del catalizzatore con H2 a 600°C, la conversione del CH4 è di circa il 90 % e la selettività in CO dell'80% (20% di C02). In queste condizioni, la formazione di carbone sulla superficie del catalizzatore è trascurabile (<0,3% in peso dopo 48 ore di reazione) e il rapporto H2/CO uguale a 3,5. La Figura 3 illustra la conversione del metano, la selettività del CO e della CO2 e la formazione di carbone in funzione della temperatura. Il rapporto H2/CO decresce progressivamente dal valore 8 alla temperatura di 600°C al valore 3,5 a 800°C. The reactivity of the catalyst was carried out in the presence of hydrogen and in excess of water vapor (H20 / CH4 = 3; H2 / CH4 = 2) in order to simulate a gas having the characteristics of the gas produced by the biomass gasifier, such as described later. After the reduction of the catalyst with H2 at 600 ° C, the CH4 conversion is about 90% and the CO selectivity of 80% (20% of C02). Under these conditions, the formation of carbon on the surface of the catalyst is negligible (<0.3% by weight after 48 hours of reaction) and the H2 / CO ratio is equal to 3.5. Figure 3 illustrates the conversion of methane, the selectivity of CO and CO2, and the formation of coal as a function of temperature. The H2 / CO ratio progressively decreases from the value 8 at the temperature of 600 ° C to the value 3.5 at 800 ° C.

In Tabella 1 sono riportati i valori ottenuti precedentemente e quelli ottenuti in assenza di idrogeno nel gas di reazione, con un rapporto vapore d'acqua/metano variabile tra 1 e 3. Table 1 shows the values obtained previously and those obtained in the absence of hydrogen in the reaction gas, with a water vapor / methane ratio varying between 1 and 3.

Tabella 1 Table 1

E' evidente che i risultati ottenuti con il rapporto H2O/CH4 = 3 e con la presenza di idrogeno nell'alimentazione sono molto simili a quelli ottenuti con il rapporto H2O/CH4 = 1. Questo indica che l'addizione di idrogeno limita in parte il carattere ossidante dovuto all'eccesso di vapore d'acqua, senza determinare formazione di carbone (Fig. 3). It is evident that the results obtained with the H2O / CH4 ratio = 3 and with the presence of hydrogen in the feed are very similar to those obtained with the H2O / CH4 ratio = 1. This indicates that the addition of hydrogen partially limits the oxidizing character due to the excess of water vapor, without causing carbon formation (Fig. 3).

Queste prove mostrano quindi che le caratteristiche del gas che esce dal gassificatore sono tali da favorire il reforming del metano sulla perovskite trimetallica ed inoltre è del tutto trascurabile la formazione di carbone sulla superficie attiva del catalizzatore. La caratterizzazione dopo i test di reattività, trattata più avanti, conferma tali risultati. These tests therefore show that the characteristics of the gas leaving the gasifier are such as to favor the reforming of the methane on the trimetallic perovskite and furthermore the formation of carbon on the active surface of the catalyst is completely negligible. The characterization after the reactivity tests, discussed below, confirms these results.

Esempio 6 Struttura del gassificatore e composizione delle biomasse Le configurazioni di procedimento esaminate sono, rispettivamente, un sistema a doppio-stadio nel quale il reattore catalitico è collocato a valle del gassificatore, e un sistema a singolostadio di gassificazione e conversione catalitica nel quale il catalizzatore è posto direttamente nel letto fluidizzato del gassificatore. Example 6 Structure of the gasifier and composition of the biomasses The process configurations examined are, respectively, a two-stage system in which the catalytic reactor is located downstream of the gasifier, and a single-stage gasification and catalytic conversion system in which the catalyst it is placed directly in the fluidized bed of the gasifier.

L'impianto di laboratorio utilizzato è illustrato in Fig. 4 ed è formato essenzialmente dalle seguenti unità: un gassificatore a Ietto fluido bollente 1 , un sistema di alimentazione in continuo della biomassa 15, un generatore di vapore 20, una sezione di purificazione dei gas comprendente un ciclone 6 e un filtro a candela ceramica 7, un sistema di raffreddamento e di separazione delle sostanze condensate 21 , un misuratore volumetrico del gas prodotto 9, rivelatori di temperatura 17 e di pressione 11 , 22, e una sezione di analisi in continuo dei gas 23. Nella configurazione del procedimento a doppiostadio, il reattore catalitico secondario è inserito dopo il filtro a candela ceramica 7. Entrambe le configurazioni sono rappresentate schematicamente in Figura 4. The laboratory plant used is illustrated in Fig. 4 and essentially consists of the following units: a boiling fluid bed gasifier 1, a continuous biomass feeding system 15, a steam generator 20, a gas purification section comprising a cyclone 6 and a ceramic candle filter 7, a cooling and separation system for condensed substances 21, a volumetric meter for the product gas 9, temperature detectors 17 and pressure 11, 22, and a continuous analysis section of the gases 23. In the configuration of the two-stage process, the secondary catalytic reactor is inserted after the ceramic candle filter 7. Both configurations are schematically represented in Figure 4.

Il gassificatore 1 è costituito da un cilindro in acciaio speciale con diametro interno 60 mm, alto 800 mm. Il letto di particelle ha una altezza di 150-200 mm e poggia su un disco ceramico poroso 2 che funge anche da distributore del gas di fluidizzazione. Quest'ultimo può essere vapore d'acqua, aria o azoto secondo i requisiti del procedimento; la sua portata viene misurata e controllata mediante rotametri e valvole ad ago nel caso di gas permanenti, mentre la portata di vapore viene controllata mediante una pompa dosatrice 18 che alimenta l’acqua al generatore di vapore. La pressione dentro il reattore viene mantenuta ad un valore appena superiore alia pressione ambiente mediante l'utilizzazione di un aspiratore volumetrico 10 posto dopo la sezione di condensazione. La temperatura di gassificazione è misurata da termocoppie tipo K collegate ad un controllore automatico 17 che gestisce la potenza elettrica del forno 4 costituito da tre zone indipendenti di riscaldamento: in questo modo la temperatura varia al massimo di 10°C rispetto al valore medio durante le prove di gassificazione. Gasifier 1 consists of a cylinder in special steel with an internal diameter of 60 mm and a height of 800 mm. The particle bed has a height of 150-200 mm and rests on a porous ceramic disc 2 which also acts as a distributor of the fluidization gas. The latter can be water vapor, air or nitrogen according to the requirements of the process; its flow rate is measured and controlled by means of rotameters and needle valves in the case of permanent gases, while the flow of steam is controlled by a metering pump 18 which feeds the water to the steam generator. The pressure inside the reactor is maintained at a value just above the ambient pressure by using a volumetric aspirator 10 placed after the condensation section. The gasification temperature is measured by type K thermocouples connected to an automatic controller 17 which manages the electrical power of the oven 4 consisting of three independent heating zones: in this way the temperature varies by a maximum of 10 ° C with respect to the average value during gasification tests.

La biomassa è immessa in continuo dentro il letto fluidizzato mediante l'utilizzo di una sonda raffreddata esternamente con aria. Questo metodo di immissione, nonostante i problemi pratici di funzionamento che esso comporta in special modo alle basse portate richieste da una apparecchiatura di laboratorio, è stato scelto perché, come si è visto in precedenti lavori (34), l'immissione della biomassa al di sopra delia superficie del letto fluidizzato ha una notevole influenza sui prodotti della gassificazione ottenuti (aumento della frazione di peci) e quindi sulla efficienza di qualsiasi trasformazione catalitica. Per questo motivo, la scelta della biomassa da alimentare ad un gassificatore di piccola taglia deve essere per necessità circoscritta a materiali con elevata densità, facilmente frantumagli in particelle piccole e sferiche, in grado di fluire per gravità attraverso la sonda nel letto fluidizzato. The biomass is continuously introduced into the fluidized bed through the use of an externally cooled probe with air. This injection method, despite the practical problems of operation that it entails especially at the low flow rates required by a laboratory equipment, was chosen because, as we have seen in previous works (34), the introduction of biomass beyond above the surface of the fluidized bed has a considerable influence on the gasification products obtained (increase in the pitch fraction) and therefore on the efficiency of any catalytic transformation. For this reason, the choice of biomass to be fed to a small gasifier must necessarily be limited to materials with high density, easily crushed into small and spherical particles, able to flow by gravity through the probe in the fluidized bed.

In questo studio sono state utilizzate particelle di gusci di mandorle, la cui composizione e dimensione sono riportate in Tabella 2. In this study, almond shell particles were used, whose composition and size are shown in Table 2.

Tabella 2 Table 2

L'alimentazione delle particelle di biomassa è stata inoltre facilitata mediante un flusso continuo di azoto (1 litro/minuto) immesso dentro la sonda per migliorare ulteriormente la mobilità delle particelle stesse. The feeding of the biomass particles was also facilitated by a continuous flow of nitrogen (1 liter / minute) introduced into the probe to further improve the mobility of the particles themselves.

In tutte le prove effettuate il gassificatore conteneva 600 g di particelle di olivina, oppure di catalizzatore perovskitico depositato su olivina come descritto nell’Esempio 2; la densità delle particelle, il diametro medio e la distribuzione granulometrica sono riportate in Tabella 3, insieme al valore della velocità di minima fluidizzazione con vapore d'acqua alla temperatura di 800°C. In all the tests carried out, the gasifier contained 600 g of olivine particles, or of perovskite catalyst deposited on olivine as described in Example 2; the density of the particles, the average diameter and the particle size distribution are shown in Table 3, together with the value of the minimum fluidization rate with water vapor at a temperature of 800 ° C.

Tabella 3 Table 3

La portata di biomassa è stata fissata a 0,3 kg h-1 e il rapporto portata di vapore d'acqua/portata di biomassa a 1. L'effettivo tempo di contatto, definito come il volume del letto fìuidizzato occupato dalle particelle di catalizzatore o di olivina diviso per la portata volumetrica dei gas alle condizioni di reazione, è stato stimato essere di circa 0,2 secondi. The biomass flow rate was set at 0.3 kg h-1 and the water vapor flow / biomass flow rate ratio at 1. The effective contact time, defined as the volume of the secured bed occupied by the catalyst particles or of olivine divided by the volumetric flow rate of the gases under the reaction conditions, was estimated to be about 0.2 seconds.

Nel procedimento a doppio stadio, il reattore catalitico secondario (diametro interno 60 mm) contiene un letto fisso di catalizzatore perovskitico (280 g, particelle regolari di diametro medio 1 mm). L’altezza del letto è di circa 160 mm. Il tempo di contatto effettivo è prossimo a quello riportato per il reattore a letto fluidizzato. Il catalizzatore viene ridotto prima di iniziare la gassificazione, mediante l'invio di una corrente gassosa composta dal 4% di idrogeno in azoto, riscaldando da temperatura ambiente a 800°C con velocità di 5°C min<'1>. Il flusso di idrogeno e azoto viene interrotto prima di iniziare la gassificazione. La stessa procedura è stata utilizzata per pre-ridurre il catalizzatore perovskitico depositato su olivina posto dentro il letto fluidizzato. Nelle prove effettuate con il reattore catalitico secondario il gassificatore conteneva particelle di olivina. In the two-stage process, the secondary catalytic reactor (internal diameter 60 mm) contains a fixed bed of perovskite catalyst (280 g, regular particles with an average diameter of 1 mm). The height of the bed is approximately 160 mm. The actual contact time is close to that reported for the fluidized bed reactor. The catalyst is reduced before starting the gasification, by sending a gaseous stream composed of 4% hydrogen in nitrogen, heating from room temperature to 800 ° C with a speed of 5 ° C min <'1>. The flow of hydrogen and nitrogen is stopped before starting gasification. The same procedure was used to pre-reduce the perovskite catalyst deposited on olivine placed inside the fluidized bed. In the tests carried out with the secondary catalytic reactor, the gasifier contained olivine particles.

Il vapore d'acqua e le peci presenti nel gas, dopo il trattamento catalitico sono condensati mediante l'utilizzo di due scambiatori di calore in serie, raffreddati uno ad acqua e l'altro con una refrigerante mantenuto a -10°C, rispettivamente. La quantità di sostanze organiche presenti nel condensato è stata determinata mediante analisi del carbonio totale, effettuata su campioni di condensato prelevati ogni 10 -30 minuti; il contenuto di peci nel gas prodotto (espresso in grammi per metro cubo di gas secco a condizioni normali) è stato calcolato assumendo il naftalene come composto rappresentativo delle stesse. E' stata inoltre determinata la conversione dell'acqua. The water vapor and the pitch present in the gas, after the catalytic treatment, are condensed through the use of two heat exchangers in series, one cooled by water and the other with a refrigerant maintained at -10 ° C, respectively. The quantity of organic substances present in the condensate was determined by analyzing the total carbon, carried out on condensate samples taken every 10-30 minutes; the content of pitches in the gas produced (expressed in grams per cubic meter of dry gas under normal conditions) was calculated assuming naphthalene as a representative compound of the same. The conversion of water was also determined.

La quantità di gas prodotto viene misurata mediante un contatore volumetrico e riportata a condizioni normali. Le concentrazioni di CO, CO2 e CH4 nel gas secco, sono misurate istantaneamente utilizzando un sistema ad infrarossi 15, mentre un elemento sensibile a termoconducibilità 14 è utilizzato per la determinazione dell'idrogeno. I valori della produzione di gas e della sua composizione sono stati corretti per tener conto della quantità di azoto immessa nella sonda di alimentazione della biomassa al gassificatore (la quantità di azoto rappresenta circa ii 10% del gas finale). L'affidabilità dell'analisi è stata periodicamente verificata mediante l'utilizzo di una bombola contenente una miscela di gas avente una composizione nota, simile a quella del gas prodotto durante la gassificazione. The quantity of gas produced is measured by means of a volumetric meter and reported to normal conditions. The concentrations of CO, CO2 and CH4 in the dry gas are measured instantaneously using an infrared system 15, while a sensitive element with thermal conductivity 14 is used for the determination of hydrogen. The values of the gas production and its composition have been corrected to take into account the quantity of nitrogen introduced into the probe feeding the biomass to the gasifier (the quantity of nitrogen represents about 10% of the final gas). The reliability of the analysis was periodically verified by using a cylinder containing a gas mixture having a known composition, similar to that of the gas produced during gasification.

Esempio 7 Gassificazione catalitica della biomassa con il procedimento a doppio-stadio Example 7 Catalytic gasification of biomass with the two-stage process

Sono state eseguite 8 prove consecutive realizzate con lo stesso campione di catalizzatore e le cui condizioni operative, la risultante produzione di gas e il contenuto di peci nel prodotto sono riportati in Tabella 4 e in Figura 5. 8 consecutive tests were carried out with the same catalyst sample and whose operating conditions, the resulting gas production and the content of pitch in the product are shown in Table 4 and Figure 5.

Tabella 4 Table 4

I test sperimentali sono stati effettuati sia con, sia senza il catalizzatore perovskitico nel reattore secondario a letto fisso, in modo tale da valutare quantitativamente l'efficacia del catalizzatore stesso. La prima colonna A0 di Tabella 4 illustra i valori di produzione e composizione del gas, contenuto di peci e conversione del vapor d'acqua, ottenuti nel caso di assenza del catalizzatore. The experimental tests were carried out both with and without the perovskite catalyst in the secondary fixed bed reactor, in order to quantitatively evaluate the effectiveness of the catalyst itself. The first column A0 of Table 4 illustrates the values of production and composition of the gas, content of pitch and conversion of water vapor, obtained in the absence of the catalyst.

La prova B1 si riferisce alla reattività della perovskite fresca. Dopo ogni prova, il catalizzatore è stato esposto ad una corrente di aria per 60 minuti alla temperatura di 900°C al fine di bruciare particelle di coke eventualmente depositate sulla superficie delle particelle. Nella prima prova (B1) e nelle ultime tre (B6-B8) il catalizzatore è stato anche pre-ridotto: questa operazione non è stata effettuata prima di iniziare la gassificazione nelle prove B2-B5. Test B1 refers to the reactivity of fresh perovskite. After each test, the catalyst was exposed to a stream of air for 60 minutes at a temperature of 900 ° C in order to burn any coke particles deposited on the surface of the particles. In the first test (B1) and in the last three (B6-B8) the catalyst was also pre-reduced: this operation was not carried out before starting the gasification in tests B2-B5.

Tutte le prove sono state effettuate mantenendo la temperatura nel gassificatore a letto fluidizzato costante e pari a 770°C. A questa temperatura, le particelle di "char" che si formano durante la fase di devolatilizzazione non si consumano completamente reagendo con il vapore d'acqua (e l'anidride carbonica): esse si accumulano dentro il gassificatore perché la velocità superficiale del gas non è elevata (u/umf = 2,4). All the tests were carried out keeping the temperature in the fluidized bed gasifier constant and equal to 770 ° C. At this temperature, the "char" particles formed during the devolatilization phase are not completely consumed by reacting with the water vapor (and carbon dioxide): they accumulate inside the gasifier because the surface velocity of the gas does not is high (u / umf = 2.4).

Dall'analisi del contenuto del letto del gassificatore dopo la prova AO è stato calcolato che si formano circa 36 g di carbone per kg di biomassa trattata. L'accumulo del "char" nel gassificatore limita la durata delle prove, fissata a 90 minuti. From the analysis of the gasifier bed content after the AO test it was calculated that about 36 g of coal are formed per kg of treated biomass. The accumulation of "char" in the gasifier limits the duration of the tests, fixed at 90 minutes.

La Figura 5 riporta l'andamento, in funzione del tempo di gassificazione, del contenuto di tar nel gas dopo il trattamento catalitico. Figure 5 shows the trend, as a function of the gasification time, of the tar content in the gas after the catalytic treatment.

Risultati simili sono stati ottenuti con campioni diversi di catalizzatore, e ciò conferma l'attendibilità dei dati riportati in Tabella 4 e Figura 5. Similar results were obtained with different catalyst samples, and this confirms the reliability of the data reported in Table 4 and Figure 5.

Quando il catalizzatore perovskitico è presente nel reattore secondario, la quantità e la qualità del gas migliorano notevolmente: con il catalizzatore fresco (prova B1), il valore tipico della produzione media di gas è di circa 2 normal m<3 >di gas secco per kg di biomassa, con un tenore residuo di peci inferiore a 0,2 g m<'3>n. Il potere calorifico inferiore è circa 11 MJ m<-3>n. La frazione molare del metano si riduce considerevolmente a favore dell'idrogeno, mentre il rapporto H2/CO rimane circa uguale a 2,3. When the perovskitic catalyst is present in the secondary reactor, the quantity and quality of the gas improve considerably: with the fresh catalyst (test B1), the typical value of the average gas production is about 2 normal m <3> of dry gas per kg of biomass, with a residual pitch content of less than 0.2 g m <'3> n. The net calorific value is approximately 11 MJ m <-3> n. The molar fraction of methane is considerably reduced in favor of hydrogen, while the H2 / CO ratio remains approximately equal to 2.3.

L'aumento sostanziale della conversione del vapore d'acqua, rispetto alla prova A0, indica chiaramente l'attività del catalizzatore: questo perché si può ipotizzare che la reazione avvenga tra il vapore d'acqua e prodotti organici (carbone o idrocarburi) depositati 0 adsorbiti sulla superficie del catalizzatore (5). The substantial increase in the conversion of water vapor, compared to test A0, clearly indicates the activity of the catalyst: this is because it can be assumed that the reaction takes place between the water vapor and organic products (coal or hydrocarbons) deposited 0 adsorbed on the surface of the catalyst (5).

Per quanto riguarda la successione delle prove catalitiche, si nota una progressiva disattivazione del catalizzatore nel caso di assenza di pre-riduzione prima delia gassificazione, con conseguente aumento della quantità di metano nel gas prodotto. Questi risultati non sorprendono, perché ogni test è seguito da un trattamento di ossidazione per eliminare il carbone eventualmente depositatosi sulla superficie del catalizzatore, ed inoltre durante la prova stessa le condizioni sono piuttosto ossidanti a causa della presenza di vapore d'acqua nella fase gassosa in concentrazione di circa il 30%. Ciò suggerisce che la disattivazione è legata ad una progressiva riossidazione dei siti attivi di nichel. Questa tesi è suffragata dal confronto con i risultati che si ottengono quando il catalizzatore subisce il trattamento di pre-riduzione. Comunque, è importante notare che, anche nei casi di mancata pre-riduzione del catalizzatore, si nota una notevole attività nella trasformazione delle peci, con il risultato di un considerevole miglioramento della qualità del gas, rispetto al caso di utilizzo della sola olivina nel gassificato re. As regards the succession of catalytic tests, a progressive deactivation of the catalyst is noted in the case of absence of pre-reduction before gasification, with a consequent increase in the quantity of methane in the gas produced. These results are not surprising, because each test is followed by an oxidation treatment to eliminate any carbon deposited on the surface of the catalyst, and also during the test itself the conditions are rather oxidizing due to the presence of water vapor in the gaseous phase. concentration of about 30%. This suggests that the deactivation is linked to a progressive reoxidation of the nickel active sites. This thesis is supported by the comparison with the results obtained when the catalyst undergoes the pre-reduction treatment. However, it is important to note that, even in cases of non-pre-reduction of the catalyst, there is a notable activity in the transformation of the pitch, with the result of a considerable improvement in the quality of the gas, compared to the case of using olivine alone in the gasified. king.

Esempio 8 Gassificazione catalitica della biomassa con il procedimento a singolo-stadio Example 8 Catalytic gasification of biomass with the single-stage process

In queste prove il catalizzatore perovskitico (sopportato su particelle di olivina come descritto nell'Esempio 2) è utilizzato direttamente nel gassificatore a letto fluidizzato: in questo caso quindi la produzione e composizione dei gas ed il contenuto residuale di peci si riferiscono al combustibile ottenuto in uscita dal gassificatore. Sono stati utilizzati due diversi campioni di catalizzatore, ottenuti rispettivamente depositando LaNi0.3Feo.7O3 su particelle di olivina precedentemente calcinate (campione D) e non calcinate (campione E). Le condizioni operative e i risultati relativi ad ogni test sono riportati nella Tabella 5 e nelle Figure 6, 7 e 8; tali valori sono rappresentativi di tutte le prove effettuate con questa configurazione sperimentale. In these tests the perovskite catalyst (supported on olivine particles as described in Example 2) is used directly in the fluidized bed gasifier: in this case, therefore, the production and composition of the gases and the residual content of pitch refer to the fuel obtained in exit from the gasifier. Two different catalyst samples were used, obtained respectively by depositing LaNi0.3Feo.7O3 on previously calcined (sample D) and non-calcined (sample E) olivine particles. The operating conditions and the results related to each test are reported in Table 5 and Figures 6, 7 and 8; these values are representative of all the tests carried out with this experimental configuration.

Tabella 5 Table 5

Per poter meglio valutare il comportamento del catalizzatore, nella prima colonna della Tabella 5 si riportano i risultati della prova effettuata utilizzando particelle di olivina (prova CO) nel gassificatore, alle stesse condizioni operative delle prove effettuate con la perovskite trimetallica: temperatura di gassificazione 820°C, 50°C più alta di quella utilizzata nei test riportati nella precedente Tabella 4. Questo aumento di temperatura ha un effetto positivo sull'attività catalitica della olivina e sulla quantità di residuo carbonioso prodotto dal procedimento di devolatilizzazione: questa quantità è considerevolmente ridotta rispetto alla prova A0, come risulta dal confronto tra i dati riportati nella Tabella 4 e nella Tabella 5, rispettivamente; inoltre le particelle carboniose sono molto più piccole e leggere e quindi vengono prevalentemente trascinate dal gas e separate nel ciclone e nel filtro. In order to better evaluate the behavior of the catalyst, the results of the test carried out using olivine particles (CO test) in the gasifier are reported in the first column of Table 5, under the same operating conditions as the tests carried out with trimetallic perovskite: gasification temperature 820 ° C, 50 ° C higher than that used in the tests reported in the previous Table 4. This temperature increase has a positive effect on the catalytic activity of the olivine and on the quantity of carbon residue produced by the devolatilization process: this quantity is considerably reduced compared to to test A0, as it results from the comparison between the data reported in Table 4 and Table 5, respectively; furthermore, the carbonaceous particles are much smaller and lighter and therefore are mainly entrained by the gas and separated in the cyclone and in the filter.

Nel complesso, i risultati mostrano che quando l'impianto opera con il catalizzatore fresco e pre-ridotto si ottiene un gas con tenore molto basso di "tar": questo è un dato importante, considerando la relativa semplicità dei procedimento. Il confronto tra i risultati delle prove E1 e CO mostra l'effetto positivo che ha il catalizzatore sulla produzione di gas, sul contenuto di peci e sulla conversione dell'acqua; non si notano invece differenze significative nei valori di concentrazione dei gas permanenti, in particolare del metano. La maggiore differenza tra i risultati ottenuti con questa configurazione e quella precedentemente descritta consiste appunto in una riduzione dell'attività catalitica per la reazione di reforming del metano. Questo comporta una seppur piccola diminuzione delia produzione di gas e un abbassamento della concentrazione dell'idrogeno nel gas, che comunque rimane vicina al 50% in volume. La composizione del gas non cambia apprezzabilmente durante le successive prove di gassificazione ed è ben rappresentata da quella ottenuta nella prova E3 illustrata in Figura 6. Overall, the results show that when the plant operates with the fresh and pre-reduced catalyst, a gas with a very low "tar" content is obtained: this is an important datum, considering the relative simplicity of the procedure. The comparison between the results of the E1 and CO tests shows the positive effect that the catalyst has on gas production, pitch content and water conversion; on the other hand, there are no significant differences in the concentration values of permanent gases, in particular methane. The major difference between the results obtained with this configuration and the one described above consists precisely in a reduction of the catalytic activity for the methane reforming reaction. This involves a small decrease in gas production and a lowering of the concentration of hydrogen in the gas, which in any case remains close to 50% by volume. The gas composition does not change appreciably during the subsequent gasification tests and is well represented by that obtained in test E3 illustrated in Figure 6.

La pressoché trascurabile attività del catalizzatore nella conversione del metano è probabilmente dovuta alla elevata concentrazione di vapore d'acqua nel gassificatore, rispetto alle condizioni che si riscontrano nel reattore catalitico secondario. Ciò trova conferma nel risultato delle prove preliminari di reforming del metano, e cioè che un eccesso di vapore influenza negativariiente la trasformazione del CH4 a causa dell'atmosfera troppo ossidante da esso determinata, come discusso precedentemente. The almost negligible activity of the catalyst in the conversion of methane is probably due to the high concentration of water vapor in the gasifier, compared to the conditions found in the secondary catalytic reactor. This is confirmed by the result of the preliminary methane reforming tests, namely that an excess of steam negatively influences the transformation of CH4 due to the too oxidizing atmosphere determined by it, as previously discussed.

D'altra parte, i risultati sperimentali confermano l'azione positiva della perovskite nei procedimenti di idrogenazione delle peci: la concentrazione degli idrocarburi condensabili nel combustibile gassoso prodotto è solo lievemente superiore a quella ottenuta con la configurazione di procedimento a doppio-stadio, con valori simili del tempo di contatto nel convertitore a letto fisso e in quello a letto fluidizzato, rispettivamente. Il tipo di contatto gas-solido nel primo reattore è naturalmente più favorevole ad una elevata performance del catalizzatore. Inoltre, come è stato già sottolineato con riferimento alla configurazione del procedimento a doppio-stadio, nelle analisi effettuate sulle particelle contenute nei letto dopo le prove D3 ed E4, sono state osservate solo pochissime tracce di carbone depositato sulla superficie del catalizzatore (la produzione di "char" riportata in Tabella 5 con riferimento al test E4 riguarda il carbone prodotto dalla devolatilizzazione della biomassa e separato dal ciclone e dal filtro). On the other hand, the experimental results confirm the positive action of perovskite in pitch hydrogenation processes: the concentration of condensable hydrocarbons in the gaseous fuel produced is only slightly higher than that obtained with the two-stage process configuration, with values similar of the contact time in the fixed bed converter and in the fluidized bed converter, respectively. The type of gas-solid contact in the first reactor is naturally more favorable to a high performance of the catalyst. Furthermore, as has already been pointed out with reference to the configuration of the two-stage process, in the analyzes carried out on the particles contained in the bed after tests D3 and E4, only very few traces of carbon deposited on the surface of the catalyst were observed (the production of "char" reported in Table 5 with reference to test E4 concerns the carbon produced by devolatilization of the biomass and separated from the cyclone and filter).

La prova D1 mostra inoltre che l'assenza di una pre-riduzione del catalizzatore ne diminuisce sensibilmente l'attività. Questo è evidente dalla Figura 7, dove è riportata la quantità di peci contenuta nel gas in funzione del tempo di gassificazione: nel caso della prova D1 la concentrazione dei prodotti organici raggiunge un picco (più di 1 g m- <3 >n e poi successivamente decresce, probabilmente a causa di una progressiva riduzione del catalizzatore da parte dell'idrogeno prodotto dal procedimento di gassificazione. Questo comportamento non si osserva in nessuna delle prove effettuate pre-riducendo il catalizzatore. Test D1 also shows that the absence of a pre-reduction of the catalyst significantly decreases its activity. This is evident from Figure 7, which shows the quantity of pitch contained in the gas as a function of the gasification time: in the case of test D1 the concentration of organic products reaches a peak (more than 1 g m- <3> n and then subsequently it decreases, probably due to a progressive reduction of the catalyst by the hydrogen produced by the gasification process This behavior is not observed in any of the tests carried out by pre-reducing the catalyst.

Le prove sperimentali mettono in risalto che la qualità del gas prodotto, in termini di purezza da composti organici condensabili (peci), tende a peggiorare con il crescere del tempo di utilizzazione del catalizzatore stesso. Ciò è evidenziato dalla progressione delle prove effettuate con il campione E: la Figura 8 mostra che dopo circa 11 ore cumulative di gassificazione l'attività del catalizzatore diventa quasi indistinguibile da quella della olivina nelle stesse condizioni operative (prova C0). Da un esame del contenuto delle particelle presenti dentro il gassificatore dopo la prova E4, e dei fini separati dal ciclone e dalla candela ceramica, si è giunti alla conclusione che lo strato di perovskite depositata sulle particelle di olivina era stato completamente eroso; questo è dovuto sicuramente a fenomeni di attrito e di abrasione tipici dei reattori a letto fluidizzato. Ciò è confermato dai risultati di analisi complementari condotte sulle particelle del letto al termine dei test di reattività (si veda in seguito). Experimental tests highlight that the quality of the gas produced, in terms of purity from condensable organic compounds (pitch), tends to worsen as the time of use of the catalyst itself increases. This is evidenced by the progression of the tests carried out with sample E: Figure 8 shows that after about 11 cumulative hours of gasification the activity of the catalyst becomes almost indistinguishable from that of the olivine under the same operating conditions (test C0). From an examination of the content of the particles present inside the gasifier after test E4, and of the fines separated by the cyclone and the ceramic candle, it was concluded that the perovskite layer deposited on the olivine particles had been completely eroded; this is certainly due to friction and abrasion phenomena typical of fluidized bed reactors. This is confirmed by the results of complementary analyzes carried out on the bed particles at the end of the reactivity tests (see below).

Infine, i risultati ottenuti in ciascuna prova sono stati verificati mediante un bilancio di materia intorno all'apparecchiatura sperimentale. Finally, the results obtained in each test were verified by means of a matter balance around the experimental equipment.

Esempio 9 Caratterizzazione del catalizzatore dopo le prove di reattività La morfologia del catalizzatore dopo le prove di reattività è illustrata in Figura 9. L'aspetto generale è simile a quello del catalizzatore prima delle prove. Si notano poche zone ricoperte di carbone. La superficie specifica (BET) è aumentata di poco passando da 5,8 m<2 >(g. cat)-<1 >a 6,7 m<2 >(g. cat)<-1>. Example 9 Characterization of the catalyst after the reactivity tests The morphology of the catalyst after the reactivity tests is illustrated in Figure 9. The general appearance is similar to that of the catalyst before the tests. There are few areas covered with coal. The specific surface area (BET) increased slightly from 5.8 m <2> (g. Cat) - <1> to 6.7 m <2> (g. Cat) <-1>.

Gli spettri a raggi X evidenziano la presenza di NiO, tracce di La203, LaFe03 e parte della struttura ancora nella forma di LaNio.1Feo.9O3, come confermato anche dall'analisi FT-IR (una banda di assorbimento caratteristica a 561 cm<-1>). Il ferro non è mai presente allo stato metallico. La dimensione delle particelle di nichel libero è di circa 30 nm; esse risultano poco più grandi di quelle ottenute dopo reattività in assenza di H2 (25 nm per un rapporto H2O/CH4 uguale a 1 o 3), il che indica tendenza alla sinterizzazione in presenza di idrogeno, come riportato in letteratura (40,41). The X-ray spectra show the presence of NiO, traces of La203, LaFe03 and part of the structure still in the form of LaNio.1Feo.9O3, as also confirmed by the FT-IR analysis (a characteristic absorption band at 561 cm <- 1>). Iron is never present in the metallic state. The particle size of free nickel is about 30 nm; they are slightly larger than those obtained after reactivity in the absence of H2 (25 nm for a H2O / CH4 ratio equal to 1 or 3), which indicates a tendency to sintering in the presence of hydrogen, as reported in the literature (40,41) .

La caratterizzazione del catalizzatore è stata anche condotta dopo i test di gassificazione. Con la configurazione del procedimento a doppio-stadio, la massa totale di carbonio presente sul catalizzatore dopo l'ultima prova di gassificazione (B8) è risultata inferiore allo 0,3% in peso, cioè una quantità praticamente insignificante: solo pochi filamenti di carbone sono stati osservati attraverso il microscopio a scansione. Il sistema quindi si è rivelato non soggetto alla formazione di carbone, nonostante le condizioni sperimentali siano estremamente favorevoli alla deposizione di coke (presenza di idrocarburi aromatici pesanti). L'esame ai raggi X mostra una prevalenza della fase perovskitica, con piccola presenza di La203 e del nichel libero. L'intensità dei picchi indica la formazione di poche particelle di nichel metallico di diametro leggermente superiore a quelle osservate nelle prove di reforming del metano. The characterization of the catalyst was also carried out after the gasification tests. With the two-stage process configuration, the total mass of carbon present on the catalyst after the last gasification test (B8) was less than 0.3% by weight, i.e. a practically insignificant amount: only a few carbon filaments were observed through the scanning microscope. The system therefore proved not to be subject to the formation of coal, despite the experimental conditions being extremely favorable to the deposition of coke (presence of heavy aromatic hydrocarbons). X-ray examination shows a prevalence of the perovskite phase, with a small presence of La203 and free nickel. The intensity of the peaks indicates the formation of a few nickel metal particles with a diameter slightly larger than those observed in the methane reforming tests.

Con la configurazione del procedimento a singolo-stadio, il carbone depositato sul catalizzatore dopo tutte le prove è < 30 ppm nel caso dell'olivina calcinata e quindi impregnata con la perovskite La-Ni-Fe (campione D), e 190 ppm nel caso dell'olivina non calcinata e impregnata con la perovskite La-Ni-Fe (campione E). L'analisi elementare condotta sulle particelle del campione E ha confermato che la percentuale di lantanio presente sull'olivina era scesa a 1 ,56%, che corrisponde ad un decremento della concentrazione di perovskite ai 2,7% (invece del 4,5% misurato nel catalizzatore fresco). Determinazioni analitiche simili condotte sul campione D hanno rivelato una maggiore concentrazione della perovskite presente sull'olivina (3,6%), in linea con la minore durata complessiva dei test condotti con tale campione e con la sua migliore performance nella distruzione delle peci, come risulta dal confronto tra I test di gassificazione D3 ed E4. Esempio 10 Prove di reattività con altri catalizzatori With the configuration of the single-step process, the carbon deposited on the catalyst after all the tests is <30 ppm in the case of the calcined olivine and then impregnated with the perovskite La-Ni-Fe (sample D), and 190 ppm in the case uncalcined olivine impregnated with La-Ni-Fe perovskite (sample E). The elemental analysis conducted on the particles of sample E confirmed that the percentage of lanthanum present on the olivine had dropped to 1.56%, which corresponds to a decrease in the concentration of perovskite to 2.7% (instead of 4.5% measured in the fresh catalyst). Similar analytical determinations conducted on sample D revealed a higher concentration of perovskite present on the olivine (3.6%), in line with the shorter overall duration of the tests conducted with this sample and its better performance in the destruction of pitches, such as results from the comparison between the gasification tests D3 and E4. Example 10 Reactivity tests with other catalysts

Prove di reattività sono state inoltre effettuate facendo reagire separatamente CH4 con CO2 e H2O su diversi catalizzatori aventi formula generale LaNixFei-xO3 con x compreso tra 0 e 1 a diverse temperature, secondo le modalità descritte nell’Esempio 5. I risultati espressi in rendimento % di CO, in funzione di x alle diverse temperature di reazione, sono riportati nelle figure 10a e 10b. Le condizioni operative sono state le seguenti: Reactivity tests were also carried out by reacting separately CH4 with CO2 and H2O on different catalysts having the general formula LaNixFei-xO3 with x between 0 and 1 at different temperatures, according to the methods described in Example 5. The results expressed in% yield of CO, as a function of x at the different reaction temperatures, are shown in Figures 10a and 10b. The operating conditions were as follows:

Fig. 10a: 0.3 l/h di CH4' 0.3 l/h di 002, 2.4 l/h di Ar, 200 mg di catalizzatore; Fig. 10a: 0.3 l / h of CH4 '0.3 l / h of 002, 2.4 l / h of Ar, 200 mg of catalyst;

Fig. 10b: 0.3 l/h di CH4, 0.3 l/h di H20, 2.4 l/h di Ar, 200 mg di catalizzatore. Fig.10b: 0.3 l / h of CH4, 0.3 l / h of H20, 2.4 l / h of Ar, 200 mg of catalyst.

E’ evidente che con il sistema LaNixFe1-xO3 si ottengono i migliori rendimenti di CO nell'intervallo di temperature tra 600°C e 800°C. It is evident that with the LaNixFe1-xO3 system the best CO yields are obtained in the temperature range between 600 ° C and 800 ° C.

Claims (17)

RIVENDICAZIONI 1 . Procedimento per la gassificazione di biomasse comprendente una fase di conversione catalitica con un catalizzatore perovskitico di formula: LnyA1-xBx03, in cui y è un numero compreso tra 0 e 10, x è un numero compreso tra 0 e1 , Ln è una terra rara, stronzio o bismuto, A è un metallo appartenente ai gruppi IVb, Vb, Vib, Vllb, o Vili della tabella periodica degli elementi, B è un metallo dei gruppi IVb, Vb, Vib, Vllb, o Vili della tabella periodica degli elementi, e A è diverso da B. CLAIMS 1. Process for the gasification of biomass comprising a catalytic conversion step with a perovskitic catalyst of the formula: LnyA1-xBx03, in which y is a number between 0 and 10, x is a number between 0 and 1, Ln is a rare earth, strontium or bismuth, A is a metal belonging to groups IVb, Vb, Vib, Vllb, or VIII of the periodic table of elements, B is a metal of groups IVb, Vb, Vib, Vllb, or VIII of the periodic table of elements, and A is different from B. 2. Procedimento per la gassificazione delle biomasse secondo la rivendicazione 1 in cui il catalizzatore ha formula LaNixFei-XO3. 2. Process for the gasification of biomass according to claim 1 wherein the catalyst has formula LaNixFei-XO3. 3. Procedimento per la gassificazione delle biomasse secondo (a rivendicazione 2 in cui x è compreso tra 0.1 e 0.9, inclusi gli estremi. 3. Process for the gasification of biomass according to (a claim 2 in which x is comprised between 0.1 and 0.9, including the extremes. 4. Procedimento per la gassificazione delie biomasse secondo la rivendicazione 3 in cui x è uguale a 0.3. 4. Process for the gasification of biomass according to claim 3 wherein x is equal to 0.3. 5. Procedimento per la gassificazione delle biomasse secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui il catalizzatore è utilizzato dopo essere stato ridotto. 5. Process for the gasification of biomass according to any one of the preceding claims in which the catalyst is used after being reduced. 6. Procedimento per la gassificazione delle biomasse secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti comprendente le fasi di: a) trattamento termo-chimico delle biomasse in un gassificatore ad una temperatura compresa tra 700°C e 900°C e in presenza di vapore di acqua; b) conversione catalitica con il catalizzatore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4. 6. Process for the gasification of biomass according to any one of the preceding claims comprising the steps of: a) thermo-chemical treatment of the biomasses in a gasifier at a temperature between 700 ° C and 900 ° C and in the presence of water vapor; b) catalytic conversion with the catalyst according to one of claims 1 to 4. 7. Procedimento per la gassificazione delle biomasse secondo la rivendicazione 6 comprendente anche la fase di: c) condensazione del vapore d’acqua e delle peci presenti nel gas così ottenuto. 7. Process for the gasification of biomass according to claim 6 also comprising the step of: c) condensation of water vapor and pitch present in the gas thus obtained. 8. Procedimento per la gassificazione delle biomasse secondo la rivendicazione 6 o 7 in cui la fase di trattamento termo-chimico e la fase di conversione catalitica avvengono contemporaneamente in un unico reattore. 8. Process for the gasification of biomass according to claim 6 or 7 in which the thermo-chemical treatment step and the catalytic conversion step take place simultaneously in a single reactor. 9. Procedimento per la gassificazione delle biomasse secondo la rivendicazione 8 in cui il reattore è un reattore a letto fìuidizzato. 9. A process for the gasification of biomass according to claim 8 wherein the reactor is a fluidized bed reactor. 10. Procedimento per la gassificazione delle biomasse secondo la rivendicazione 9 in cui il catalizzatore perovskitico della rivendicazione 1 è supportato su olivina. 10. Process for the gasification of biomass according to claim 9 wherein the perovskite catalyst of claim 1 is supported on olivine. 11. Procedimento per la gassificazione delle biomasse secondo le rivendicazioni 6 o 7 in cui la fase di trattamento termo-chimico delle biomasse avviene in un primo reattore e la fase di conversione catalitica avviene in un reattore secondario, posto a valle del primo reattore. 11. A process for the gasification of biomass according to claims 6 or 7 in which the thermo-chemical treatment step of the biomass takes place in a first reactor and the catalytic conversion step takes place in a secondary reactor, located downstream of the first reactor. 12. Procedimento per la gassificazione delle biomasse secondo la rivendicazione 11 in cui il primo reattore è a letto fìuidizzato e il reattore secondario è un reattore a letto fisso. 12. A process for the gasification of biomass according to claim 11 wherein the first reactor is a liquidized bed and the secondary reactor is a fixed bed reactor. 13. Procedimento per la gassificazione delle biomasse secondo la rivendicazione 12 il primo reattore comprende olivina. 13. Process for the gasification of biomass according to claim 12 the first reactor comprises olivine. 14. Gas ottenibile con il procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti. 14. Gas obtainable with the process according to any one of the preceding claims. 15. Uso del gas secondo la rivendicazione 14 per la produzione di prodotti di chimica fine. 15. Use of the gas according to claim 14 for the production of fine chemicals. 16. Uso del gas secondo la rivendicazione 14 per la alimentazione di generatori di energia elettrica, in particolare celle a combustibile. 16. Use of the gas according to claim 14 for the supply of electricity generators, in particular fuel cells. 17. Uso del gas secondo la rivendicazione 14 come vettore energetico. SS 17. Use of the gas according to claim 14 as an energy carrier. SS
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