La produzione di biochar prevede diverse configurazioni di reattori, ciascuna con i propri vantaggi e limiti. La scelta del reattore dipende da diversi fattori, tra cui le qualità del prodotto desiderate e l'efficienza della produzione.
Quale configurazione di reattore è preferibile per la produzione di biochar? (4 fattori chiave da considerare)
1. Reattori di pirolisi a letto fisso
Per la produzione di biochar semplice, vengono comunemente utilizzati reattori di pirolisi a letto fisso. Questi includono forni a fossa, forni a cumulo, forni a mattoni, forni metallici trasportabili, forni a carbone di tipo Missouri e forni a focolare multiplo continuo.
Questi reattori funzionano senza alimentazione d'aria, riducendo le emissioni di CO₂ e la perdita di energia dalla materia prima. Si ottengono così prodotti ricchi di energia come biochar e biogas.
L'energia necessaria per mantenere le temperature in questi reattori può essere fornita dalla combustione dei prodotti gassosi di reazione.
Circa il 25-35% dei rendimenti di questi reattori è costituito da biochar.
2. Pirolisi lenta per biochars di alta qualità
Per produrre biochar di alta qualità adatti all'uso agricolo, la pirolisi lenta è spesso l'opzione migliore. Questo processo prevede il riscaldamento della biomassa in un ambiente a pressione atmosferica o in assenza di ossigeno.
La velocità di riscaldamento tipica varia da 1 a 30 °C al minuto. Il calore del processo viene solitamente fornito da una fonte esterna, come la combustione dei gas prodotti o la combustione parziale della biomassa in entrata.
I rendimenti di biochar ottenuti dalla pirolisi lenta sono solitamente fino al 30% su una base di peso di materia prima secca. La resa e le proprietà del biochar dipendono da fattori quali la materia prima biomassa, la velocità di riscaldamento, la temperatura di pirolisi e il tempo di permanenza del vapore.
La temperatura di trattamento più alta (HTT) nel reattore di pirolisi ha la massima influenza sulle caratteristiche del prodotto finale.
3. Trattamento a lotti della materia prima biomassa
Un altro metodo prevede il trattamento discontinuo della materia prima biomassa, in cui il calore necessario per la pirolisi è generato dalla combustione di parte della biomassa con ammissione di aria. Questo metodo è comunemente usato nelle carbonaie e fornisce una pirolisi lenta.
È utile soprattutto per la produzione di carbone di legna, sebbene si possa ottenere anche del catrame come sottoprodotto.
4. Produzione industriale con gas di combustione inerti
Per la produzione su scala industriale, la materia prima viene riscaldata da gas di combustione inerti in completa assenza di ossigeno. Questo metodo consente processi continui con elevate capacità, raggiungendo efficienze superiori al 30% in peso.
La pirolisi viene avviata bruciando olio combustibile, ma i gas combustibili rilasciati dalla biomassa vengono bruciati al posto dell'olio. Questo processo continuo consente un attento controllo delle emissioni.
5. Combustori a letto fluido (FBC) con materiale solido inerte
Il terzo metodo utilizza materiale solido inerte, come la sabbia in un combustore a letto fluido (FBC), come vettore energetico per riscaldare la biomassa durante la pirolisi. Questo metodo è adatto per un riscaldamento rapido della biomassa, in particolare quando la resa di prodotti gassosi o liquidi è l'obiettivo principale.
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