Cattura della CO 2 da cementifici e acciaierie

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1 Cattura della CO 2 da cementifici e acciaierie

2 Cementifici 2 Reagenti: CaCO 3, SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3, carbone, aria Prodotti: Clinker (3CaO SiO2, 2CaO SiO2, 3CaO Al2O3, 4CaO Al2O3 Fe2O3), CO 2 La CO 2 prodotta deriva sia dalla combustione del carbone, sia dalla decomposizione della CaCO 3 (circa il 65%) Fumi secchi in uscita: 34% CO 2, 60% N 2

3 Cattura della CO 2 da cementifici 3 Possibili configurazioni per la cattura della CO 2 : Cattura post-combustione con MEA: richiesta caldaia per produzione del vapore per lo strippaggio Ossicombustione: necessità di ASU e ricircolo gas la chimica del processo si modifica: non ancora del tutto studiata L utilizzo di CaO di scarto da processi di cattura della CO 2 con CaO-looping è una possibilità attraente: Non si rilascia CO 2 dalla decomposizione del CaCO 3 Si risparmia il combustibile necessario per la calcinazione del CaCO 3 (reazione molto endotermica)

4 Cattura della CO 2 da cementifici 4 Studio preliminare (tesi di primo livello): Alimentando CaO al posto di CaCO 3 : Consumo di combustibile: - 80% Emissioni di CO 2 : - 94% In realtà il flusso di CaO dal CaO-looping contiene quantità di ceneri del carbone variabili in quantità e composizione non è sempre possibile sostituire completamente il CaCO 3, per non arricchire eccessivamente il clinker di Fe 2 O 3, Al 2 O 3 e CaSO 4.

5 Acciaierie 5 COKE OVEN SINTER BLAST FURNACE BASIC OXYGEN FURNACE POWER

6 CO2 CO2 15% CO2 6 PIEDRITTI COKE OVEN 34% HOT STOVES BLAST FURNACE BASIC OXYGEN FURNACE 9% 25% 18% 24% 76% 85% 25% CO2 24% 7% 53% GAS ENRICHMENT 3% 2% CO2 ALTRI POWER GAS Naturale SINTER CO gas BF gas BOF gas Enriched gas Portata Portata Portata 124,2 Nm 3 /t 1376 Nm 3 /t H2 60,5 54,7 Nm 3 /t CH4 25 CO2 5,3 CO 1,2 N2 2,8 altri 5 LHV 21,3 MJ/Nm 3 Ricircolo 73% CO 23,5 CO2 21 H2 3 N2 52,5 LHV 3,3 MJ/Nm 3 Ricircolo 58% CO 72,5 CO2 16,2 H2 3,3 N2 8 LHV 9,6 MJ/Nm 3 Ricircolo 55% BF gas 87,2 BOF gas 8,6 CO gas 2,2 NG 2

7 Emissioni di CO 2 da acciaierie 7 Combustione di gas siderurgici Combustione del coke Fuoriuscite durante caricamento materiali FONTI DI EMISSIONE Fuoriuscite durante spillamenti ghisa Fuoriuscite durante spillamento acciaio TOTALI DA PROCESSI: 987 kg CO 2 /t acciaio TOTALI A POWER : 552 kg CO 2 /t acciaio 697, ,1 504,8 42,8 4,3

8 Cattura della CO 2 da BF gas 8 Rimozione da BF gas Processi Power plant Rimozione CO2 EMISSIONI (per t acciaio) Senza cattura Con cattura 987 kg 552 kg 360 kg 97 kg Evitate 627 kg 64% 454 kg 82% TOTALE CO2 RIMOSSA: 1081 kg/t acciaio

9 Penalizzazioni 9 Portata 1376 Nm Nm 3 LHV 3,3 MJ/Nm 3 3,5 MJ/Nm 3 Energia disponibile Water gas shift Processo esotermico 4540 MJ 4020 MJ Energia a processi costante Energia ai processi costante Aumento ricircolo 58% 65,5% E persa a PP 520 MJ η 46% Vapore spillato Energia associata al vapore Espansione in turbina da 1.9 bar a 0,05 bar 500kJ/kg Strippaggio MDEA Rapporto molare vapore/co 2 1,5 mol /mol CO 2 Quantità di vapore Water gas shift Vapore richiesto/co 2 capt. 0,45 kg/kg CO 2 capt 738 kg 486 kg Consumi elettrici Compressione BFgas e ausiliari 70 kj/kg CO 2 capt Compressione CO kj/kg CO 2 capt 240 MJ/t acciaio 368,8 MJ/t acciaio 243,2 MJ/t acciaio 459,3 MJ/t acciaio TOTALE ENERGIA PERSA: 1311 MJ/t acciaio CONSUMI SPECIFICI: 0,34 kwh/kg CO2 capt CICLO A VAPORE (CARBONE): 0,37 kwh/kg CO2 capt CICLO COMBINATO: 0,43 kwh/kg CO2 capt

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11 11 COKE OVEN La cokefazione: riscaldamento del carbone in ambiente privo di ossigeno mediante combustione di gas di cokeria (T gas C), questi riscaldano indirettamente il carbone fino a C per ore. Proprietà: privo di sostanze volatili, poroso, elevata resistenza meccanica, elevato LHV Fasi del processo: 1. preparazione della miscela; 2. caricamento della miscela 3. cokefazione 4. sfornamento del coke; 5. spegnimento del coke; 6. trattamento del gas di cokeria; 7. trattamento del coke Funzioni del coke: sviluppa il gas riducente fornisce il carbonio per la carburazione della ghisa sostiene il peso del materiale caricato nell altoforno fornisce il calore necessario alla fusione dei minerali

12 SINTER Fasi del processo: 1. Omogeneizzazione materiali 2. Sinterizzazione 3. Raffreddamento 4. Trattamento dell agglomerato Proprietà: Pezzatura, Porosità Resistenza meccanica, Riducibilità 12 Scarti Coke Calcare Minerali di ferro Omogeneizzazione Emissioni gassose Sinterizzazione Raffreddameto Pulizia gas SINTER all altoforno Sinter fine a ricircolo Trattamento Scarti freddi scarico

13 13 BLAST FURNACE Dissociazione CO 2 CO 2 + C 2CO - Q Coke Agglomerato Fondenti BF gas ( C) Riduzione indiretta CO 2 + C 2CO - Q Riduzione diretta Fe 2 O 3 + 3C 2Fe + 3CO Carburazione 3Fe + 2CO Fe3C + CO2 Combustione C + O 2 CO 2 + Q Dissociazione carbonati CaCO 3 CaO + CO 2 + Q Formazione scorie SiO 2 + CaO CaSiO 3 Riducenti Aria calda Al trattamento scorie Al convertitore

14 BASIC OXYGEN FURNACE Eliminazione Carbonio C + O <> CO (off-gas) CO + O <> CO2 (off-gas) 14 Fasi del processo: 1. Trasferimento e pretrattamento della ghisa fusa (desolforazione) 2. Affinazione della ghisa 3. Trattamento metallurgico secondario dell acciaio; 4. Colaggio acciaio. Convertitore LD (Linz-Donawitz): Rimozione Silicio Si + 2O + 2CaO 2CaO SiO2 Reazione sul Manganese Mn + O <> MnO Rimozione Zolfo S + CaO <> CaS + O Rimozione Ossigeno residuo Si + 2O <> SiO2 2Al + 3O <> Al2O3

15 15 POWER Modalità di funzionamento l isola di potenza viene sfrutta i gas di processo secondo 3 disposizioni d impianto: Ciclo Combinato, sono usati nella postcombustione nella caldaia a recupero (η = 46%) Ciclo a Vapore, sono il principale combustibile per la caldaia (η = 37-38%) Funzioni: - Produzione potenza elettrica - Produzione potenza termica (vapore) Flessibilità: devono adattarsi a volumi di gas di processo molto variabili e con LHV estremamente differenti a seconda dei fenomeni che avvengono nelle fornaci, di difficile controllo Ciclo a vapore Ciclo combinato Ciclo a Gas, innovativi, i gas vengono bruciati direttamente in turnina, problemi con l usura (CET 3 Taranto)