Perché la desolforazione con ammoniaca è adatta anche al carbone a basso contenuto di zolfo

Per lungo tempo, nell’ambito della desolforazione nelle centrali elettriche ha prevalso un’assunzione semplice: il carbone ad alto contenuto di zolfo richiede una tecnologia a base di ammoniaca, mentre il carbone a basso contenuto di zolfo può essere trattato in modo economicamente vantaggioso mediante desolforazione a base di calcio.

Questa assunzione sta diventando sempre più difficile da giustificare.

Con requisiti più stringenti sulle emissioni, una gestione più rigorosa dei rifiuti solidi e una crescente attenzione ai costi legati al carbonio, le centrali elettriche non si limitano più a chiedersi se il loro sistema esistente sia in grado di rispettare i limiti emissivi attuali. Si interrogano anche sulla sua sostenibilità economica e operativa negli anni a venire.

È proprio in questo contesto che la desolforazione a base di ammoniaca merita un’analisi più approfondita.

Perché la desolforazione a base di ammoniaca è in grado di gestire diverse qualità di carbone?

L’adattabilità della desolforazione a base di ammoniaca deriva in larga misura dal suo meccanismo reattivo.

La desolforazione tradizionale a base di calcio comporta reazioni gas-solido-liquido. La velocità di dissoluzione della calcare e l’efficienza del trasferimento di massa possono influenzare l’intero processo reattivo. Con l’aumento delle concentrazioni di biossido di zolfo, il sistema potrebbe richiedere portate di circolazione della sospensione più elevate e condizioni operative più gravose.

La desolforazione a base di ammoniaca, per confronto, è principalmente una reazione gas-liquido. Il biossido di zolfo si dissolve facilmente e reagisce rapidamente con l’ammoniaca, consentendo al processo di assorbimento di procedere in modo efficiente, senza le limitazioni legate alla velocità di reazione tipiche dei sistemi basati su calcare.

Ciò rende la tecnologia a base di ammoniaca adatta a un’ampia gamma di qualità del carbone.

Nelle applicazioni pratiche, sistemi avanzati di desolforazione a base di ammoniaca possono raggiungere efficienze di desolforazione superiori al 95 % in condizioni di carbone a basso, medio e alto contenuto di zolfo. Tassi di recupero dell’ammoniaca pari o superiori al 97 % possono inoltre contribuire a mantenere le prestazioni economiche del sistema.

Per gli impianti in cui la qualità del carbone varia nel tempo, questa flessibilità può essere particolarmente vantaggiosa. L'impianto non deve ridefinire la propria strategia fondamentale di desolforazione ogni volta che il contenuto di zolfo del combustibile cambia.

Anche il carbone a basso contenuto di zolfo richiede comunque un calcolo dei costi complessivi

Un argomento comune è semplice: se il carbone a basso contenuto di zolfo produce già emissioni relativamente basse di SO₂ e un sistema a base di calcio riesce a rispettare i limiti applicabili, perché modificare il processo?

La risposta risiede nei costi operativi complessivi, non nella concentrazione di zolfo da sola.

1. Lo smaltimento del gesso rimane un costo operativo

La desolforazione a base di calcio genera gesso come sottoprodotto. Un impianto a carbone a basso contenuto di zolfo potrebbe produrre meno gesso rispetto a un impianto a carbone ad alto contenuto di zolfo, ma i relativi requisiti di gestione, stoccaggio, trasporto e smaltimento non scompaiono.

Poiché i requisiti per la gestione dei rifiuti solidi diventano sempre più stringenti, questi costi meritano di essere inclusi in qualsiasi valutazione a lungo termine di un sistema di desolforazione dei fumi.

2. I costi del carbonio non dipendono esclusivamente dal tipo di carbone

Un altro aspetto da considerare è l’impatto in termini di carbonio associato alla desolforazione a base di calcio.

Secondo la stechiometria chimica descritta per il processo, l’assorbimento di una tonnellata di SO₂ rilascia circa 0,75 tonnellate di CO₂. Questa relazione è legata alla reazione stessa, non al fatto che l’impianto bruci carbone ad alto o basso contenuto di zolfo.

Con lo sviluppo dei mercati del carbonio, le implicazioni economiche di queste emissioni possono diventare sempre più rilevanti per gli operatori degli impianti di generazione elettrica.

3. L’economia dei sottoprodotti può modificare l’equazione

L’analisi economica di un sistema di desolforazione deve inoltre considerare il destino dei suoi sottoprodotti.

Nei sistemi a base di calcio, il gesso rappresenta generalmente un materiale da gestire. Nella desolforazione con ammoniaca, invece lo zolfo può essere recuperato sotto forma di solfato di ammonio.

Anche quando una centrale a carbone a basso contenuto di zolfo produce una quantità relativamente ridotta di solfato di ammonio, questo sottoprodotto possiede un potenziale valore commerciale. Ciò modifica il modo in cui è possibile valutare l'economicità operativa del sistema.

La qualità del carbone sta diventando meno prevedibile

L’approvvigionamento del combustibile è un altro motivo per cui la capacità di adattamento a diversi tipi di carbone risulta fondamentale.

Molte centrali elettriche non possono garantire un’unica qualità costante di carbone per l’intera vita operativa dell’impianto. Le condizioni di mercato, la disponibilità della fornitura e i costi del combustibile possono portare all’utilizzo di diverse qualità di carbone o di miscele di combustibili.

Un sistema di desolforazione deve quindi essere in grado di adattarsi alle variazioni della concentrazione di SO₂ in ingresso senza compromettere il funzionamento stabile.

Questo rappresenta uno dei settori in cui la desolforazione con ammoniaca può offrire flessibilità operativa.

Grazie alla sua cinetica di reazione rapida, la tecnologia basata sull'ammoniaca può rispondere efficacemente alle variazioni della concentrazione di biossido di zolfo. Invece di progettare il sistema intorno a una singola qualità fissa di carbone, gli operatori possono godere di maggiore flessibilità nella selezione e nella miscelazione dei combustibili.

In questo senso, la conversione da calcio ad ammoniaca non è semplicemente un aggiornamento del processo: può anche conferire alla centrale elettrica una maggiore flessibilità negli acquisti futuri di combustibile.

L'ammoniaca per la desolforazione ha davvero superato la barriera del tipo di carbone?

L'idea secondo cui il trattamento dei fumi con ammoniaca è adatto esclusivamente al carbone ad alto contenuto di zolfo non riflette più l'intero spettro di applicazioni di questa tecnologia.

La desolforazione con ammoniaca è stata applicata in condizioni diverse di carbone e di funzionamento, comprese centrali che utilizzano combustibili relativamente ricchi di zolfo, nonché impianti che operano principalmente con carbone a basso contenuto di zolfo.

Per una centrale elettrica già esistente, la decisione di adottare un sistema FGD basato sull'ammoniaca non dovrebbe quindi basarsi unicamente sul contenuto di zolfo.

Una valutazione più completa dovrebbe considerare:

• Concentrazione di SO₂ e la sua variazione prevista

• Prestazioni dell’attuale sistema FGD

• Generazione e smaltimento del gesso

• Requisiti per il trattamento delle acque reflue

• Costi operativi legati al carbonio

• Consumo e recupero di ammoniaca

• Utilizzo di sottoprodotti

• Flessibilità futura nell’approvvigionamento del combustibile

• Conformità ambientale a lungo termine

Conversione Calcio-Ammoniaca: Molto più di un semplice aggiornamento della desolforazione

Per gli impianti che attualmente utilizzano sistemi di desolforazione basati sul calcio, la conversione alla tecnologia basata sull’ammoniaca può essere valutata come un progetto di ottimizzazione globale, piuttosto che come una semplice sostituzione di un assorbente con un altro.

L'obiettivo non è soltanto raggiungere l'efficienza richiesta nella rimozione del biossido di zolfo, ma anche migliorare l'equilibrio complessivo tra prestazioni ambientali, costo operativo, gestione dei sottoprodotti e flessibilità futura nei confronti dei combustibili.

MingSheng Environmental Protection si avvale di decenni di esperienza nell'ingegneria chimica e di sette generazioni di sviluppo tecnologico nel trattamento dei fumi a base di ammoniaca. Tale tecnologia è stata applicata in condizioni diverse di qualità del carbone, garantendo prestazioni stabili di desolforazione e recupero dell'ammoniaca.

Il concetto chiave è semplice: il contenuto di zolfo nel carbone non deve essere l'unico fattore utilizzato per stabilire se la desolforazione con ammoniaca sia adatta.

Per le centrali elettriche odierne, la domanda più importante è se il sistema FGD esistente possa continuare a garantire prestazioni ambientali stabili, controllando al contempo il costo totale di esercizio in un contesto di normative, mercati del carbonio e dei combustibili in continua evoluzione.

Ecco perché la conversione del calcio in ammoniaca sta attirando l’attenzione non solo delle centrali a carbone ad alto contenuto di zolfo, ma anche degli operatori che utilizzano carbone a medio e basso contenuto di zolfo.