Caso studio: L‘impianto di gassificazione di Malagrotta · SEMINARIO RESIDENZIALE: “Analisi e...

SEMINARIO RESIDENZIALE: “Analisi e ricomposizione dei conflitti ambientali in materia di gestione del ciclo dei rifiuti e impianti per la produzione di energia,

aspetti tecnici, normativi, sociali e sanitari”

Prof. Renato Gavasci23 Settembre 2008

Fondazione Willy Brandt Viterbo, 22-26 settembre 2008

I conflitti nella gestione del ciclo dei rifiuti

Caso studio: L‘impianto di gassificazione di Malagrotta

Prof. Renato GavasciDipartimento di Ingegneria CivileUniversità di Roma “Tor Vergata”

[email protected]

Prof. Renato Gavasci23 settembre 2008

Valorizzazione energetica di rifiutiUn sistema di gestione integrata ed efficiente di rifiuti solidi deve avvalersi di processi e tecnologie che garantiscano la massima compatibilitàambientale e la sostenibilità economica.

Risulta quindi indispensabile integrare un moderno sistema di gestione di rifiuti con impianti di recupero di energia e di materia dalla frazione organica non riciclabile sia secca che umida.

Per il trattamento della frazione secca dei rifiuti risultano particolarmente adatti i moderni processi di termovalorizzazione.


Valorizzazione energetica di rifiutiTra le tecnologie di termovalorizzazione, nuovi processi di gassificazione e pirolisi sono indicati quali tecnologie per ottimizzare il recupero di energia da rifiuti e per minimizzare gli impatti ambientali del processo.

I vantaggi di questi processi risiedono in particolare nelle elevate efficienze energetiche e nella produzione di un gas di sintesi che può essere riutilizzato in varie applicazioni. Inoltre questi impianti sono caratterizzati da ridotte emissioni di inquinanti gassosi e dalla generazione di residui solidi inerti.


Tipologie di rifiuti trattabili mediante termovalorizzazione

RSU: Rifiuti Solidi UrbaniCDR: Combustibile derivato da Rifiuti


Valorizzazione energetica di rifiutiI processi di combustione dei RSU in Italia sono normati principalmente dai DLgs 152/06, DLgs 59/05 e DLgs 133/05 e per quanto riguarda le caratteristiche del CDR dalle Norme Tecniche UNI 9903.

Il CDR si ottiene dal trattamento di rifiuto residuo da raccolta differenziata, mediante processi di separazione fisica, ad es: vagliatura, separazione di metalli e triturazione. Le caratteristiche di questa frazione sono ben differenti da quelle del rifiuto tal quale, presentando in particolare un maggiore potere calorifico.


Termovalorizzazione di CDR

In particolare, il caso studio (impianto di gassificazione di Malagrotta) è stato progettato per trattare il CDR prodotto dagli impianti di selezione di rifiuti dello stesso Consorzio Laziale Rifiuti, con una produzione pari a 600.000 t/anno

I criteri adottati nella scelta della tecnologia di combustione sono stati:

La valorizzazione energetica del CDR

La riduzione degli impatti ambientali


Sistemi di combustione

In generale le tecnologie di trattamento termico di

rifiuti possono essere suddivise in:

– Sistemi di combustione direttaforni a griglia, rotanti, letto fluido

– Sistemi di combustione indirettapirolisi e gassificazione


Sistemi di combustione diretta di CDRSistemi in cui si realizza la combustione completa ovvero l’ossidazione totale e veloce della frazione organica del CDR in eccesso di ossigeno.

Il recupero di energia da combustione diretta sfrutta il calore prodotto dall’incenerimento del CDR e può essere finalizzato alla produzione di sola elettricità o della combinazione di elettricità e calore (cogenerazione).

Il rendimento elettrico di questa tecnologia per impianti medio-grandi è 25%-28% al netto degli autoconsumi.


Sistemi di combustione diretta di CDRIl recupero energetico del calore contenuto nei fumi prodotti dalla combustione del CDR viene effettuato attraverso uno scambiatore di calore che da luogo alla produzione di vapore (caldaia).

Il vapore prodotto può essere utilizzato direttamente come calore (teleriscaldamento) oppure inviato ad un ciclo termico per la produzione di energia elettrica, oppure possono essere applicate entrambe le opzioni (cogenerazione), utilizzando il calore prodotto dalla condensazione del vapore scaricato dalla turbina.


Sistemi di combustione diretta di CDR


Sistemi di combustione indiretta di CDRSistemi in cui si realizza la combustione parziale ovvero l’ossidazione incompleta del rifiuto in presenza di un difetto di ossigeno (GASSIFICAZIONE), dando luogo a prodotti finali con un potere calorifico proprio, utilizzabile in siti e tempi diversi.

oppure

Sistemi in cui non ha luogo alcuna forma di combustione, data l’assenza di ossigeno e si verifica la degradazione termica del rifiuto a 400-800°C per apporto diretto o indiretto di calore (PIROLISI); i prodotti finali presentano un potere calorifico molto elevato.


Processi di gassificazione Comprendono i processi di conversione di qualsiasi combustibile carbonioso in un prodotto gassoso con un potere calorifico utilizzabile.

Si realizzano mediante un insieme di reazioni tra materiali carboniosi ed uno o più reagenti contenenti ossigeno a temperature > 800 °C.

Permettono di ottenere prodotti non completamente ossidati che possono essere utilizzati come fonti di energia o come sostanze di base per l’industria chimica.


Schema del processo di gassificazione


Fasi del processo di gassificazione La frazione organica (carbonio) del combustibile solido subisce, durante il processo di gassificazione:

essiccazione

pirolisi

ossidazione

riduzione

Il materiale inorganico minerale è invece fuso o vetrificato per formare scorie vetrose.


Fasi del processo di gassificazione La frazione organica del combustibile solido subisce, durante il processo di gassificazione:

essiccazione

pirolisi

ossidazione

riduzione

Il gas prodotto (syngas) è una miscela di CO, H2, CO2, H2O, N2 e CH4. Contiene però anche inquinanti quali char, ceneri e tar. Ha un potere calorifico compreso tra 4000 e 18000 kJ/Nm3. Dopo trattamento può essere impiegato in caldaie, motori o turbine a gas o come base per preparare prodotti per l’industria chimica.


Prodotti del processo di gassificazione Il materiale inorganico minerale è invece fuso o vetrificato per formare scorie vetrose.


Vantaggi del processo di gassificazione

Il gas effluente presenta un volume tipicamente pari ad 1/3 di quello emesso da un impianto di combustione tradizionale (costi minori di trattamento).

Produce residui solidi generalmente inerti, utilizzabili per applicazioni dell’ingegneria civile.

Produce un vettore energetico (energia chimica) che può essere utilizzata anche in un secondo momento.

E’ in grado di trattare un’ampia varietà di materiali (rifiuti, carbone, biomasse e gas naturale) e di generare diversi prodotti.


Vantaggi del processo di gassificazione Presenta una buona efficienza energetica (oltre al 30%).

Rende tecnicamente ed economicamente interessante l’applicazione di processi di cattura e stoccaggio di CO2.

Rappresenta una delle tecnologie da preferire nella transizione verso un’economia basata sull’H2.

Svantaggio principale:

Richiede una maggiore attenzione per le fasi operative rispetto alle tecnologie tradizionali.


Gassificazione ad alta temperaturaI trattamenti di gassificazione ad alta temperatura si possono suddividere in trattamenti a singolo stadio o trattamenti combinati.

I trattamenti a stadio singolo di gassificazione si adattano bene a rifiuti omogenei quali biomasse o CDR.

Per rifiuti con caratteristiche meno omogenee e variabili nel tempo sono necessari processi piùcomplessi in modo da massimizzare il recupero del syngas.

Per agevolare i trattamenti di depurazione del gas di sintesi è necessario mantenere un profilo di temperature elevate nel reattore.


Gassificazione di CDR ad alta temperatura: Impianto di MalagrottaSchematizzazione del processo di gassificazione:

Alimentazione del CDR in un reattore con bruciatori e lance ad O2 per raggiungere temperature superiori a 1600°C nella zona inferiore e a 1200°C nella parte superiore.

Produzione di syngas con un potere calorifico medio-basso (circa 9.000 kJ/Nm3) costituito principalmente da CO e H2

Generazione di un residuo solido vetrificato, stabile da un punto di vista chimico (ridotta liscivizione di metalli).

Rimozione prima della combustione del syngas dei principali contaminanti (HCL, SO2 e polveri) mediante processi ad umido.


Emissioni gassose dall’impianto


Analisi delle scorie


Gassificazione di CDR ad alta temperatura: Impianto di MalagrottaGenerazione di energia:

Ciclo combinato con produzione di energia da un turbogas con generatore accoppiato.

I gas di combustione caldi provenienti dalla turbina vengono fatti passare attraverso un generatore di vapore, il quale produce il vapore che viene fatto espandere in una turbina a vapore per produrre ulteriore energia elettrica.

Potenzialità del ciclo combinato circa 43 MWe, fornisce un rendimento elettrico complessivo pari a 25-28%.

Si stima di ottenere a regime circa 1000 kWh di energia elettrica per ton di CDR gassificata.

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