Integrated coal-supplied syngas and lime production process

This thesis work introduces and develops a new technology for combining the coal gasification process and the lime calcination kiln. This solution aims using high sulfur coal as fuel for producing syngas and using it as heat source for the calcination process. In this way both syngas and lime are produced in an efficient way. Gasification has been simulated by using a kinetic scheme properly designed and tuned for high sulfur coals. This kinetic scheme has been used in the GASDS software for assessing the productivity and the composition of an updraft coal gasifier, fueled with a coal coming from the Sulcis mines, in Sardinia. Most of the sulfur exit from the gasifier as H2S, which reacts in the calcination kiln making calcium sulfide (CaS). It is used and recovered for producing hydrogen sulfide (H2S) and calcium carbonate (CaCO3). In this way the net consumption of limestone decreases significantly, increasing the overall yield of the process. The CaS recovery process was simulated with Aspen PlusTM. Furthermore, the hydrogen sulfide (H2S) recovered can be used for producing elemental sulfur and syngas at the same time through a novel process called Acid Gas to SyngasTM (AG2STM), This solution not only increases the limestone/lime yield but also decrease its environmental impact since it removes part of the CO2 turning it into valuable syngas. Both capital and operative costs has been estimated and a full cash flow analysis has been carried. The results showed that the proposed process is economically convenient, with an Internal Rate of Return equal to 22.2% with a discounted payback time of 3.7 years.

Questo lavoro di tesi sviluppa una nuova tecnologia per combinare il processo di gassificazione del carbone con quello di calcinazione del carbonato di calcio (CaCO3). La soluzione proposta punta ad usare carbone ad alto contenuto di zolfo producendo syngas (principalmente H2 e CO) e, allo stesso tempo, calce, sfruttando efficientemente il calore latente del syngas caldo, uscente dal gassificatore. Il gassificatore è stato simulato utilizzando uno schema cinetico opportunamente studiato per includere carbone con alto contenuto di zolfo. Esso è stato utilizzato nel software GASDS®, che ha permesso di stimare la produttività e le caratteristiche di un gassificatore a letto fisso e del syngas uscente. Il carbone scelto proviene dalle miniere del Sulcis, in Sardegna, e contiene circa il 6% in peso di zolfo. Gran parte dello zolfo che esce dal gassificatore esce sotto forma di acido solfidrico (H2S), il quale reagisce nella fornace di calcinazione formando solfuro di calcio (CaS). Questo composto è, quindi, usato per recuperare l’acido solfidrico ed anche del carbonato di calcio, il quale è riciclato alla fornace di calcinazione. In questo modo il consumo netto di pietra calcarea diminuisce in maniera significativa (più del 6%), aumentando la resa complessiva del processo produttivo. Il processo per il recupero di CaS è stato simulato utilizzando un simulatore di processo usato commercialmente, Aspen PlusTM. Inoltre, l’acido solfidrico recuperato può essere usato per produrre zolfo e syngas allo stesso tempo tramite un processo chiamato Acid Gas to SyngasTM (AG2STM). Questa soluzione permette, non solo di aumentare la resa Ca(OH)2/CaCO3, ma anche di ridurne l’impatto ambientale del processo, riducendo parte dell’anidride carbonica (CO2) prodotta, trasformandola in syngas. Infine, sia i costi di investimento e operativi sono stati stimati e il flusso di cassa del processo proposto è stato calcolato. I risultati mostrano che il processo proposto è economicamente conveniente, con un Internal Rate of Return pari a 22.2% con un discounted payback time di 3.7 anni.