Workshop “Rifiuti da emergenza a risorsa. La gestione integrata con tecnologie innovative di...

Workshop “Rifiuti da emergenza a risorsa. La gestione integrata con tecnologie

innovative di trattamento” C. R. Casaccia, 10 giugno 2004

Pasquale De StefanisENEA – Sezione Sviluppo Tecnologie

Trattamento Rifiuti

“Le tecnologie di trattamento termico: presente e futuro

Workshop PROT – C. R. Casaccia, 10 giugno 2004

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Minimizzazione

Riuso

Riciclo &Recupero materia

Recupero Energetico

Smaltimento

Sostenibilitàmassima

Sostenibilitàminima

Gestione dei rifiuti e sostenibilità


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ENERGIA

R10

R = ARIA EFFETTIVA ( O2 ) ALIMENTATA

ARIA STECHIOMETRICA (O 2 ) NECESSARIA

FUMICO2, H2O, N2

COMBUSTIONE

GAS DERIVATOOLIO ("TAR")

RESIDUO

PIROLISI

("Char") ("Syngas")

GAS DERIVATO

CO, H2, N2

GASSIFICAZIONE

Processi di trattamento termico


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ico REFLUI LIQUIDI

(L)

EMISSIONI(F)

RIFIUTITRATTAMENTO TERMICO

(*)

RESIDUI SOLIDI(S)

RECUPERO ENERGIA ( E + T )

(*) Inclusi pretrattamento rifiuto, conversione, combustione, trattamento (F + L + S), ecc.

ENERGIA

MAT. PRIME

Gassificazione e Pirolisi = Incenerimento?

(& MATERIA)


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Preferenza per classi di interesse

0

10

20

30

40

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80

90

100

Pre

fere

nza

(%)

Incenerimento Gassificazione


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Direttiva 2000/76/CE sull’incenerimento

(Articolo 3)

"Impianto di incenerimento":

“qualsiasi unità ed attrezzatura tecnica, fissa o mobile, destinata al trattamento termico dei rifiuti con o senza recupero del calore di

combustione. I n questa definizione sono inclusi l' incenerimento tramite ossidazione dei rifiuti nonché altri procedimenti di trattamento termico quali la pirolisi, la gassificazione o il procedimento del plasma, sempre

che le sostanze risultanti dal trattamento siano successivamente incenerite”.


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Quale è “vera” gassificazione?

30

GASSI FI CAZI ONE DI TI PO "TERMI CO"

PIROLISI/GASSIFICAZIONE

COMBUSTIONEGENERATORE DI

VAPORETRATTAMENTO

FUMI

PRODUZIONE ENERGIA

ELETTRICA

COMBUSTIONE IN 2 STADI(INCENERIMENTO)

CENERI/CHAR RESIDUI

CENERI

CA

MIN

O

VAPORE

RIFIUTO

RIFIUTO

PRODUZIONE ENERGIA

ELETTRICA

TURBINA /MOTORE ENDOT.

TRATTAMENTO GAS

PIROLISI/GASSIFICAZIONE

CENERI/CHAR RESIDUI TAR

RIFIUTO

CA

MIN

O

SYNGAS PULITO

SYNGAS GREZZO

SYNGAS GREZZO

FUMI

GASSI FI CAZI ONE DI TI PO "ELETTRI CO"


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“Nuovo” e “Attuale” a confronto

I ncenerimento Pirolisi/gassificazione

Recupero energetico: Buono Potenzialmente superiore

Impatto ambientale: Molto buono Potenzialmente migliore

Costi di investimento ed esercizio:

Mediamente elevati, ma definiti

Non facilmente definibili, ma similari a combustione

Recupero sottoprodotti e residui:

I n fase di sviluppo Migliore per ceneri e scorie, non provato per tar e char

Aspetti gestionali: (1) Definiti e controllabili Non dimostrati

(1) Controllo del processo, affi dabilità, richiesta di manutenzione)


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Processi combinati di pirolisi/gassificazione

SYNGAS

CHAR

RECUPERO / SMALTIMENTO

TARRIFIUTOSYNGAS

PIROLISI GASSIFICAZIONE


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Legenda:

IN = emissioni di inquinanti

GS = emissioni di gas serra

RIFIUTO

IMPIANTO RECUPERO

ENERGETICO

ENERGIA ELETTRICA

ENERGIA TERMICA

ENERGIA A TERZI

INr GSr

PRODUZIONE COMBUSTIBILI

DERIVATI

PERCOLATO

DISCARICA

RISCHI?

INd GSd

GSt

RISCALDAMENTO CIVILE E

INDUSTRIALE

COMBUSTIBILI

FOSSILI

CENTRALE TERMOELETTRICA

INc INtGSc

Recupero di energia da rifiuti e risvolti sull’ambiente


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I problemi aperti dei trattamenti termici

Necessità di incrementare i livelli di recupero energetico;

Sviluppare e consolidare il recupero di residui e sottoprodotti del trattamento;

Ridurre la complessità ed i costi connessi con i sistemi di depurazione dei fumi/gas;

Investigare la possibilità di recuperare risorse a maggiore “valore aggiunto”.


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I problemi aperti delle nuove tecnologie

Necessità di pretrattamenti;

Formazione di tar e char;

Impossibilità di recuperare il calore sensibile del syngas;

Elevati consumi endogeni;

Produzione di E.E. in C.C. non provata.


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L’evoluzione dell’incenerimento

1a generazione: “Incinerator”

2a generazione: “Energy from Waste” (EfW)

3a generazione: “Waste to Energy” (WtE)

4a generazione: “Waste Fired Power Plant” (WFPP)


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L’efficienza energetica netta

E = Eth x Eg (1-Pp)

Eth = Efficienza Termica del sistema

Eg = Efficienza Elettrica di conversione

Pp = Consumi endogeni, inclusi pre-trattamenti del rifiuto, produzione O2, ecc. espressi come % dell’energia elettrica lorda prodotta


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Efficienze nette di produzione di E.E.

Trattamento

Combust.

Gassificazione e Pirolisi

Produz.E.E.

Ciclo a vapore

Ciclo a vapore

Motore a gas

IGCCCo-

combust

Efficienza dichiarata

14-20%13-24%

34% 33-35%

Efficienzarealistica

19-27% 9-20%13-24%

23-26%

27-35%


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Gassificazione integrata con ciclo combinato (IGCC)

RIFIUTO

ARIAARIA

PIRO /GASSIFICAZ.

CRACKINGDEPURAZ.SYNGAS

TURBINA A GAS

CENERI/CHAR

TURBINAA VAPORE

O2

RESIDUI TAR


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Centrale elettrica ad alimentazione “ibrida”

CAMERA DI

COMBUSTIONE

GENERATORE

DI VAPORE

TRATTAMENTO

FUMI

RIFIUTI

ARIA GAS NATURALE


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Integrazione fra turbine a gas e incenerimento rifiuti

Rendimento da incenerimento RU:

EffRU = Ptot – CTgn x Effcc

CTRU

20

25

30

35

40

45

50

55

0 20 40 60 80 100Apporto termico dei RU (%)

Effi

cienza e

lett

. lo

rda (

%)

20

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35

40

45

50

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I nceneritore

Ciclo combinato


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Applicazioni innovative

I DROGENO

AMMONI ACA

METANOLO

DME

VAPORE

FUEL CELLS

OSSI GENO

REAGENTI

TURBI NE A GAS

CI CLO A VAPORE

METALLI I NERTI EFFLUENTI LI QUI DIRecupero materia_energia_gassificazione.xls

PRETRATTAMENTOGASSI FI CAZI ONE

RI FI UTI

TRATTAMENTO

SYNGAS

MI X

PLASTI CHE

RECUPERO

SCORI E

TRATTAMENTO

EFFLUENTI

REC

UPE

RO

DI

MA

TER

IA

RECUPERO

METALLI

CI CLI COMBI NATI

I MPI ANTO

I NDUSTRI ALE

REC

UPE

RO

DI

ENER

GIA

FANGHI

CDR

I MPI ANTO DI GASSI FI CAZI ONE

SYNGAS

(CO +H2)

POST-

TRATTAMENTI

SPECI FI CI

PNEUMATI CI

OLI USATI


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Applicazioni avanzate: il “Waste refinery”

COMBUSTIBILE GASSOSO

ETANOLO

FERTILIZZANTI,CHEMICALS

CHEMICALS

COMBUSTIBILI

CHEMICALS

CARBONE ATTIVO

IDROLISI / FERMENTAZIONE

CONVERSIONE

SEPARAZIONE

CRACKING CATALITICO RAFFINAZIONE

CONVERSIONE

CENERI

PIROLISI

VAPORE+CO2

NH3, ALCOOL

RIFIUTI OLIO

CHAR

SYNGAS

SY

NG

AS


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Recupero di scorie da incenerimento


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RIFIUTI

ACQUA MARE

FUMI

FUMI

Autoconsumi

VAPORE ESAUSTO

PRODUZIONE

ENERGIA ELETTRICA

FUMI TRATTAMENTO

MED

ENERGIA ELETTRICA

ACQUA

VAPORECOMBUSTORE/

GENERATORE VAPORE

CONDENSATO

DISSALAZIONE

RO

DISSALATORE

SALAMOIA

POTABILEPOST-TRATTAMENTO

UNITA'

Recupero energetico e produzione di acqua potabile


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Caratteristiche dell’impianto dimostrativo

Portata rifiuti: 670 kg/h (16 t/g)

PCI rifiuti (frazione secca): 14,0 MJ/kg

Produz. acqua potabile: 108 m3/h (2592

m3/g)

Produz. specifica per abitante: 129 l/g/ab

Produz. per unità di RU indiffer.(1) 97 m3/t

(1) Assumendo che i rifiuti in ingresso all’impianto costituiscano il

60% dei RU disponibili


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Conclusioni

Esistono presupposti per attività di R & S nel campo dei trattamenti termici dei rifiuti finalizzate a:

Incrementare i livelli di recupero energetico; Validare l’applicazione di tecnologie innovative

(pirolisi e gassificazione) al trattamento dei rifiuti, non ancora consolidata;

Ridurre la complessità impiantistica ed i relativi costi;

Privilegiare il recupero di risorse “pregiate” (materie prime, H2);

Migliorare l’impatto complessivo sull’ambiente.

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