Analisi di fattibilità di un cementificio a ridotte emissioni di CO2

This thesis work has been carried out in the framework of the European project LEILAC 2. The main goal of the project is to demonstrate, on a relevant industrial scale, the technical feasibility of modernizing cement plants through a technology that exploits an indirect heat input, for capturing the process CO2 generated in the system, producing a high purity CO2 stream. The technology studied is based on the use of the DSR (Direct Separation Reactor) made by the Australian company Calix Limited, which would replace the traditional calciner. The idea stems from the fact that about 60% of the CO2 generated during the clinker production comes from the calcination reaction. The DSR allows to separate the CO2 generated by the calcination reaction from that generated by combustion through the use of high-temperature tubes for heat transfer necessary to support the calcination reaction. The separation of the two flows allows the capture of process CO2, leading to a significant reduction in the CO2 emissions of the cement plant. The whole study is based on the comparison between a reference plant, actually existing, and a theoretically feasible plant. Before moving on the responses of the LEILAC technology when applied to a pilot, it is analysed the full-scale case. From the results obtained, the DSR technology seems to be a promising technology for reducing the process CO2 in the cement industry in the coming years. In fact, it can lead to a CO2 emission reduction of about 50%, without modifying either the rotary kiln, the core of the clinker production process, or the clinker cooler.

Questo lavoro di tesi è stato svolto nell'ambito del progetto europeo LEILAC 2. L'obiettivo principale del progetto è dimostrare, su scala industriale rilevante, la fattibilità tecnica dell'ammodernamento degli impianti cementizi attraverso una tecnologia che sfrutta un apporto termico indiretto, per catturare la CO2 di processo generata nel sistema, producendo un flusso di CO2 ad elevata purezza. La tecnologia studiata si basa sull'utilizzo del DSR (Direct Separation Reactor) realizzato dalla società australiana Calix Limited, che sostituirebbe il tradizionale calcinatore. L'idea nasce dal fatto che circa il 60% della CO2 generata durante la produzione di clinker proviene dalla reazione di calcinazione. Il DSR consente di separare la CO2 generata dalla reazione di calcinazione da quella generata dalla combustione attraverso l'uso di tubi ad alta temperatura per il trasferimento di calore necessari per supportare la reazione di calcinazione. La separazione dei due flussi permette la cattura di CO2 di processo, portando ad una significativa riduzione delle emissioni di CO2 del cementificio. L'intero studio si basa sul confronto tra un impianto di riferimento, realmente esistente, e un impianto teoricamente fattibile. Prima di passare all'analisi tecnologia LEILAC applicata a un pilota, viene analizzato il caso su larga scala. Dai risultati ottenuti, la tecnologia DSR sembra essere una tecnologia promettente per ridurre il CO2 di processo nell'industria del cemento nei prossimi anni. Infatti, può portare ad una riduzione delle emissioni di CO2 di circa il 50%, senza modificare né il forno rotante, il nucleo del processo di produzione del clinker, né il refrigeratore del clinker.