Modellazione e valutazione di processi di conversione termica del carbone basati su tecnologie USC e IGCC con trattamenti di purificazione degli effluenti gassosi e con rimozione della CO2

Nella presente ricerca è stato condotto un ampio e articolato studio sulle prestazioni di impianti di generazione elettrica da carbone basati sulle più moderne tecnologie di conversione dell’energia e di protezione ambientale. Lo studio concerne, in particolare, gli impianti a vapore ultrasupercritici (USC) e gli impianti integrati di gassificazione e ciclo combinato (IGCC). Nel corso dello studio sono state approfondite le soluzioni realizzative più idonee per le tecnologie USC e IGCC e sono state valutate le prestazioni degli impianti considerati sia nella configurazione base più convenzionale, senza sistema di rimozione della CO2, sia nella configurazione più complessa con l’integrazione dei sistemi di rimozione e compressione della CO2. Lo studio delle soluzioni tecnologiche considerate si basa su complessi modelli di simulazione appositamente sviluppati basati sui codici Aspen-Plus e Gate-Cycle. Il codice Aspen-Plus è stato più specificamente utilizzato per la simulazione dei processi di gassificazione e di trasformazione dei prodotti della gassificazione e della combustione, mentre il codice Gate-Cycle è stato più specificamente utilizzato per la simulazione delle sezioni di potenza. Lo studio dell’impianto USC è stato svolto considerando un’alimentazione con un mix di carbone a basso tenore di zolfo e di carbone Sulcis ad elevato contenuto di zolfo e ceneri. I modelli sviluppati sono stati utilizzati, in particolare, al fine di valutare l’influenza della frazione di carbone Sulcis nel mix, e quindi di zolfo, sulle prestazioni delle sezioni di purificazione e condizionamento dei gas reflui e conseguentemente dell’impianto USC nel suo complesso. Il sistema di purificazione dei gas reflui considerato nel presente studio è basato sul processo integrato SNOX che consente la contestuale rimozione degli ossidi di azoto e di zolfo. Il sistema di rimozione della CO2 è invece basato su un processo di assorbimento chimico con ammina (MEA). È stato inoltre sviluppato un modello preliminare semplificato dedicato allo studio del processo di assorbimento chimico della CO2 tramite “chilled ammonia”, solvente il cui utilizzo assicura consumi energetici decisamente minori rispetto ai solventi tradizionali come la MEA. L’impianto IGCC viene invece alimentato con il solo carbone a basso tenore di zolfo e i modelli di simulazione sviluppati sono stati utilizzati per il confronto tra due differenti tecnologie di gassificazione a letto trascinato: Texaco e Shell. È stata inoltre valutata l’influenza della tecnologia di raffreddamento del syngas in uscita dal gassificatore sulle prestazioni dell’impianto IGCC, nelle due configurazioni convenzionale e integrata con sistemi di separazione della CO2. In particolare sono state analizzate le tecnologie di raffreddamento a quench parziale o totale e il raffreddamento mediante scambiatori (Syngas Coolers). Nella configurazione integrata con sistemi di separazione della CO2 il sistema di cattura è basato su un processo di assorbimento fisico, che consente la rimozione contestuale di H2S e CO2.