Il presente rapporto descrive alcune attività di Ricerca di Sistema svolte nell’ambito del Progetto Produzione e Fonti Energetiche, in particolare del sottoprogetto “Carbone” relativo alle “Tecnologie innovative che migliorino le prestazioni ambientali delle centrali a polverino di carbone”. Per gli impianti di denitrificazione dei fumi DeNOx tipo SCR è stato individuato nel dispositivo di distribuzione dell’ammoniaca il punto critico del sistema. La possibilità di una più corretta distribuzione dell’ammoniaca consente da un lato la riduzione del fenomeno di slip di NH 3 e le sue dannose conseguenze ed inoltre di migliorare l’efficienza di abbattimento degli NOx. E’ stato realizzato un modello di calcolo fluidodinamico tridimensionale di simulazione del sistema SCR che ha permesso di valutare il rapporto intercorrente tra la distribuzione dell’ammoniaca in ingresso reattore e lo slip in uscita, evidenziando i vantaggi di un controllo localizzato. Il modello, che fornisce la soluzione del problema del corretto appostamento delle valvole di iniezione dell’ammoniaca mediante una ottimizzazione non lineare, consente di fornire un supporto all’operatore per una corretta gestione dell’attuale sistema manuale di iniezione dell’ammoniaca e la progettazione di un sistema di controllo automatico in vista di una automatizzazione del sistema. Nell’ultima decade la tecnologia a filtri a maniche si sta imponendo nel campo della filtrazione dei gas di combustione di grandi centrali termoelettriche a carbone, grazie allo sviluppo di nuovi materiali filtranti resistenti all’usura e alla corrosione chimica. Il miglioramento di questa tecnologia si basa appunto sulla caratterizzazione e scelta dei materiali filtranti. E’ stata quindi realizzata una apparecchiatura per eseguire test di scoppio e test di permeazione delle maniche. I test di scoppio hanno consentito, nonostante il limitato numero dei gradi di invecchiamento dei campioni ricevuti, di definire un andamento della capacità alla resistenza meccanica del supporto filtrante. La valutazione del livello di degrado dei tessuti permetterà in prospettiva di stabilire il ciclo di vita utile. Attualmente, la sostituzione delle maniche avviene spesso in modo anticipato, a causa di un approccio cautelativo adottato dagli operatori dell’impianto. Al fine di verificare le possibilità di miglioramento dell’efficienza degli ESP mediante la tecnica di condizionamento dei fumi (umidificazione e additivazione con prodotti chimici) è stato progettato e realizzato un impianto pilota che consentirà la simulazione dell’abbattimento delle ceneri volanti secondo il meccanismo tipico dei filtri elettrostatici. L’impianto permetterà di sperimentare in scala ridotta, in una facility di semplice e flessibile gestione, gli effetti della umidificazione e della additivazione di prodotti chimici per diverse condizioni operative. I test saranno eseguiti utilizzando delle ceneri prodotte da una tipica centrale a carbone in condizioni di temperatura e portata variabile, anzitutto per la valutazione della variazione delle prestazioni nel range tipico di esercizio dell’impianto reale, verificando tutti i margini di miglioramento raggiungibili anche mediante una opportuna combinazione delle condizioni operative.

Si è indagato circa la possibilità di miglioramento degli attuali processi di abbattimento dei microinquinanti, con particolare riferimento al mercurio metallico, che costituiscono uno dei fattori condizionanti per l’estensione dell’utilizzo del carbone. L’attività è stata mirata allo sviluppo di catalizzatori che siano in grado di ossidare il mercurio in modo da renderne più agevole l’abbattimento nei precipitatori elettrostatici (ESP) e/o attraverso la sua dissoluzione nell’acqua di processo del trattamento DeSOx. Prove di screening sono state eseguite su campioni sintetizzati a partire da un monolito commerciale la cui composizione è stata opportunamente modificata con l’aggiunta di ossidi di metalli di transizione quali Mn, Cu e V per aumentarne il potere ossidante. I risultati ottenuti hanno evidenziato un aumento di un fattore 4÷5 nell’efficienza di conversione Hg 0 →Hg ++ dei catalizzatori modificati rispetto al catalizzatore commerciale tal quale. L’incremento dell’efficienza di conversione è tanto più elevato quanto maggiore è l’attività ossidante dei catalizzatori (V>Mn). Si è presa in considerazione la cattura della CO 2 per gli impianti esistenti o di prossima realizzazione. E’ stata verificata l’applicabilità industriale del processo di adsorbimento a freddo, noto anche come “Temperature Swing Absorption (TSA)”, in cui il principio di funzionamento della cattura quantitativa della CO 2 dalla fase gassosa è basato sull’impiego di sorbenti solidi invece che sull’impiego dell’assorbimento in soluzione, con un processo che si prevede molto meno oneroso dal punto di vista energetico. Tra i campioni provati la più elevata efficienza di adsorbimento è stata mostrata da un sorbente costituito da DEA (36 % wt.) ancorata su amberlite, una resina polimerica di natura organica ad elevata area superficiale specifica e porosità. Per questo sorbente è stata calcolata una capacità di adsorbimento a 25 °C pari a 17 mg di CO 2 per grammo di sorbente; la CO 2 adsorbita è stata interamente rilasciata nella successiva fase di rigenerazione eseguita mediante innalzamento della temperatura a 70 °C.