martedì 4 giugno 2013

Una “strana” combustione: il processo di Pirolisi (1a parte)


Dopo avere lungamente discusso del Sistema Elettrico Nazionale, quest’oggi andremo a parlare di un processo termochimico piuttosto particolare, ai più poco conosciuto ed apparentemente misterioso, la Pirolisi.
QUANDO L’OSSIGENO NON SERVE
La Pirolisi, spesso indicata anche come Piroscissione è un particolare processo in assenza dell’agente ossidante (ossigeno) nel quale avviene la decomposizione termochimica di materiali di natura organica.
Tale processo avviene essenzialmente fornendo del calore al materiale da trattare, in modo da fornire l’energia necessaria per rompere alcuni legami chimici all’interno delle molecole complesse e trasformarle in molecole meno complesse.
Durante tale processo, la completa assenza di ossigeno permette di impedire reazioni di ossidazione, le quali porterebbero alla formazione di composti ossidati, “ultimo e stabile step” delle reazioni di combustione, ed a questo punto non vi sarebbe differenza alcuna con un processo di combustione tradizionale.
Il termine “dissociazione” è in realtà insufficiente a descrivere l’insieme delle reazioni che avvengono durante il processo di piroscissione, in quanto esse sono un insieme di reazioni di dissociazione e riassociazione, ed inoltre anche nelle reazioni di combustione avvengono reazioni di dissociazione, pertanto è importante non utilizzare tale classificazione delle reazioni per indicare genericamente un impianto di pirolisi.
LA PIROLISI NELLA STORIA – DALL’ANTICO EGITTO AI GIORNI NOSTRI
Il processo di pirolisi è stato utilizzato sin dall’antichità, in particolare vi sono testimonianze di come già nell’antico Egitto esso venisse utilizzato per la produzione di carbonella dal legno, mentre in tempi più recenti si ricordano le carbonaie, ed in particolare le fiamme impiegate come allarme in esse, fiamme sviluppate mediante la combustione dei gas prodotti dalla pirolisi stessa, anche se bisogna precisare che nella carbonaia ci si trova in presenza di ossigeno, seppure in difetto rispetto a quanto necessario per una corretta combustione.
Immagine di una carbonaia (tratta dal Web)
Sezione di una carbonaia (tratta dal Web)
Ancora più recentemente si è sentito parlare della pirolisi come sistema alternativo ai termovalorizzatori per il trattamento dei rifiuti, indicando più o meno correttamente i pregi di questa soluzione, ma non sempre fornendo una completa informazione a riguardo.
PIROLISI – PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
Un impianto di pirolisi, tenuta presente la natura organica della materia prima di processo, opera come già detto delle dissociazioni e riassociazioni chimiche che permettono di “spezzare” una molecola complessa in parti più semplici mediante l’applicazione di condizioni termiche adatte.
Questo processo porta come risultato alla produzione di due differenti prodotti:
  • una frazione solida indicata con il termine Char
  • una frazione volatile, la quale a sua volta si suddivide in:
    • una componente liquida, dovuta alla condensazione della frazione volatile dei prodotti
    • una componente gassosa, detta gas di pirolisi o Syngas (gas di sintesi) costituita dalle componenti non condensabili della frazione volatile dei prodotti
Il Char è costituito principalmente dal residuo carbonioso della materia organica, da ceneri, inerti, metalli, ecc., la frazione liquida principalmente da catrame, acqua e differenti sostanze organiche (oli), mentre la frazione gassosa è costituita principalmente da idrogeno, metano, etilene, etano, ossidi di carbonio ed altri gas combustibili.
Tali componenti sono prodotti in percentuali e proporzioni reciproche strettamente funzione delle condizioni termodinamiche e di reazione alle quali avviene il processo.





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