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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
Le t
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Minimizzazione
Riuso
Riciclo &Recupero materia
Recupero Energetico
Smaltimento
Sostenibilitàmassima
Sostenibilitàminima
Gestione dei rifiuti e sostenibilità
Workshop PROT – C. R. Casaccia, 10 giugno 2004
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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
Workshop PROT – C. R. Casaccia, 10 giugno 2004
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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
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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
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40
45
50
55
0 20 40 60 80 100Apporto termico dei RU (%)
Effi
cienza e
lett
. lo
rda (
%)
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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.