Applicazione di processi per la cattura di CO2 da acciaierie a ciclo integrale

The present work analyzes solutions for carbon capture and sequestration in integrated steel plants. The integrated steel plant produces a huge flow of gasses with low calorific value and high carbon content: these gasses are partly used in the plant to produce thermal energy, while the excess is sent to a power plant for electricity production or cogeneration. There are several emission points in integrated steel plants, but the most important source of CO2 emissions is the power plant. The first part of the work deals with the application of capture systems to the power plant, which is normally a combined cycle plant. The work focuses on the application of Sorption Enhanced Water Gas Shift (SEWGS) technology for pre-combustion capture: a modeling simulation of system performances and a comparison with that of traditional capture systems are carried out. The second part of the work analyzes the Top Gas Recycling solution applied to the blast furnace of the steel plant. The gas exiting from the top is recirculated in the blast furnace after CO2 capture, which is simplified by oxygen combustion in the blast furnace. This solution reduces markedly coke consumption and CO2 emissions; on the other hand it reduces the flow of recovery gasses from steel plant and the production of electricity in the power plant. An analysis of primary energy consumption and CO2 emissions through modeling simulation, and a comparison with the traditional steel plant are carried out.

Il presente lavoro si occupa di studiare soluzioni per la cattura e il sequestro della CO2 nelle acciaierie a ciclo integrato. L’acciaieria integrata produce un rilevante flusso di gas di processo con basso potere calorifico e elevato contenuto di carbonio: questi gas sono in parte utilizzati per soddisfare le richieste termiche nell’acciaieria, mentre la quantità in eccesso viene inviata a un impianto di potenza per la produzione di energia elettrica (o cogenerazione). Sono presenti diversi punti di emissione in un’acciaieria integrata, ma la fonte principale delle emissioni di CO2 è l’impianto di potenza: la prima parte del lavoro si occupa quindi dell’applicazione di sistemi di cattura alla centrale di potenza, che generalmente è un ciclo combinato. Il lavoro si concentra sull’applicazione della tecnologia SEWGS (Sorption Enhanced Water Gas Shift) per la cattura pre-combustione della CO2, con la simulazione delle prestazioni del sistema attraverso un modello, e il confronto con i tradizionali sistemi di cattura. Nella seconda parte del lavoro, sulla base di un modello sviluppato per il calcolo dei bilanci di massa ed energia di un’acciaieria a ciclo integrato, viene analizzata la soluzione di un altoforno con ricircolo dei gas di testa (Top Gas Recycling). I gas uscenti dalla testa sono ricircolati nell’altoforno dopo un trattamento per la cattura della CO2, che è semplificato dalla combustione in ossigeno nell’altoforno. Questa soluzione riduce marcatamente il consumo di coke e le emissioni di CO2; dall’altro lato riduce il flusso di gas di recupero dall’acciaieria e la produzione di energia elettrica nell’impianto di potenza. Sulla base del modello sviluppato è stata quindi svolta una analisi del consumo di energia primaria e delle emissioni di CO2 confrontati con l’acciaieria integrata tradizionale.