carbone attivo: aspetti e problematiche della riattivazione - Watergas

La prime due reazioni sono endotermiche, hanno bisogno di alte temperature per avvenire. Sia la
CO2 che l’ H2O tendono a reagire preferibilmente con il coke rispetto al carbone attivo originale in
quanto, ha una struttura meno compatta rispetto al carbone attivo ottenendo che la reazione di
ossidazione sia energeticamente più favorita. Durante la fase di attivazione il carbone raggiunge
temperature tali da grafitizzare parzialmente, assumendo quindi una struttura esagonale molto
compatta che è energeticamente più stabile rispetto alla struttura del coke, ovviamente una minima
parte del carbone attivo reagisce, ottenendo come primo effetto la distruzione dei micropori che
sono più fragili rispetto ai meso e macropori. Per successivi cicli di riattivazione l’indice di iodio ha
la tendenza a calare o perché non si è effettuata una buona riattivazione (potrebbe esserci ancora del
coke o si è spinta troppo e si è avuto un collasso della microporosità) o perchè durante la fase di
filtrazione all’interno dei pori si è accumulato del materiale inorganico che trattato ad alta
temperatura si decompone formando degli ossidi che bloccano l’accesso ai pori. L’effetto del
consumo del carbone attivo originale si riscontra anche in un aumento in percentuale del materiale
inorganico sempre presente all’interno della struttura del carbone. Di solito rispetto al carbone
attivo esausto si ha un aumento del 2% max, questo in funzione anche della natura del carbone
attivo, per carboni non molto duri (es. carboni di legna) la perdita durante la riattivazione è
maggiore in quanto la poca durezza è indice che la struttura del carbone non è molto compatta,
tende di conseguenza a reagire più facilmente con gli ossidanti durante il processo di riattivazione.
Un altro parametro che ci indica se la riattivazione è stata eseguita a regola d’arte è la densità del
carbone riattivato, se ha un valore più alto di quello vergine è indice che la riattivazione non è
completa.
E’ possibile effettuare la riattivazione dei carboni attivi granulari ed estrusi, su quelli in polvere è
piuttosto difficile in quanto verrebbero trascinati insieme al flusso gassoso durante la
movimentazione all’interno del forno.
Come si può ben intuire, l’ultimo stadio è quello più importante di tutto il processo di riattivazione
dove si deve tener conto di moltissime variabili come la temperatura, il tempo di residenza
all’interno del forno e la composizione del gas. Velocità di rimozione troppo alte comportano una
variazione della composizione e uno spostamento a destra delle reazioni sopre riportate con
conseguente consumo anche del carbone attivo originale; bisogna trovare un giusto compromesso
tra il tempo di residenza del carbone all’interno del forno e la temperatura, in quanto un tempo
troppo alto ad elevata temperatura provocherebbe un aumento delle perdite di riattivazione e nella
qualità della struttura dei pori mentre a temperatura più bassa non si è sicuri di effettuare una
completa riattivazione. Ad alte temperature la massa del carbone è più reattiva con conseguente
maggiori perdite; è stato dimostrato che a basse temperature (>700 °C) la riattivazione non è
ottimale anche per tempi piuttosto lunghi, tempi lunghi implicano anche maggiori costi di
produzione in quanto la produttività del forno è minore. Da quanto riportato in letteratura e da
esperienze dirette è stato dimostrato che la temperatura al di sopra della quale si ha una ottimale
riattivazione è 900 °C, il tempo di residenza varia in funzione del tipo di adsorbato presente sul
carbone, molecole piccole lasciano minori residui di pirolisi e i tempi di riattivazione sono inferiori
rispetto a molecole ad alto peso molecolare e/o che possono polimerizzare tipo lo stirene, che forma
alti residui di coke necessitando di maggiori tempi di residenza.
Lo scopo della riattivazione come prevedibile è quello di ottimizzare i tempi perdendo il minor
quantitativo possibile, per questo motivo vengono effettuati in laboratorio dei test preliminari di
riattivazione con lo scopo di poter determinare qual è la massima capacità adsorbitiva che si può
raggiungere sull’impianto.
Le perdite di riattivazione in funzione delle condizioni di lavoro e della natura del carbone possono
variare dal 5 al 25%. Come detto queste perdite si hanno perché parte del carbone attivo viene
consumato dalla reazione con CO2 e H2O ed eventualmente anche dalla presenza di ossigeno, di
conseguenza si ha la progressiva perdita di microporosità associata ad un aumento dei mesopori, per
cui un carbone attivo riattivato nel tempo riduce la sua capacità di adsorbire molecole piccole ed
aumenta quella per rimuovere molecole più grandi.