ITMI20121908A1 - Processo per il controllo delle emissioni di co2 in atmosfera - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

1 - Generalità

Secondo le stime più recenti nella atmosfera terrestre sono presenti 750 gigaton di CO2 mentre negli oceani ne sono disciolti 40.000 gigaton.

Secondo Richard Feely della NOAA vengono trasferiti dalla atmosfera negli oceani circa 8 gigaton all’anno.

Si stima inoltre che l’85% della CO2presente nell’atmosfera viene però naturalmente trasferita negli oceani in un periodo di mille anni.

Έ quindi chiaro che se il trasferimento della CO2dall’atmosfera negli oceani venisse accelerato, si controllerebbero più facilmente le emissioni di CO2in atmosfera.

La presente invenzione descrive un processo per accelerare il trasferimento della CO2 dalla fase aeriforme, in corpi idrici adeguati.

2 - Attuali metodi di CO2sequestration

Tralasciando di considerare i naturali metodi biologici con i quali la CO2entra nella catena biologica, che non sono sufficienti per impedire l’incremento della concentrazione della CO2in atmosfera, vi sono sostanzialmente due categorie di processi per la CO2sequestration: la prima categoria consiste nella immissione della CO2in giacimenti sotterranei già sfruttati per la produzione di idrocarburi. In quello ubicato in Norvegia nella formazione geologica di Utsira, vengono stoccati un milione di t/a di CO2all’anno, pari al 3% della produzione nazionale. Altre applicazioni di questa tecnica sono presenti nel Texas.

La seconda categoria consiste nel trattare chimicamente la CO2con basi che producono sottoprodotti, che devono essere a loro volta smaltiti e che comunque sono riferibili a emissioni modeste.

In alternativa alle due categorie di cui sopra è stata considerata anche la possibilità dello smaltimento della CO2in corpi idrici ad elevate profondità (2800 m) in presenza di minerali alcalino ferrosi come i basalti, processo che però non risulta essere ancora realizzato.

3 - Processi esistenti di dissoluzione di gas in acqua

Sono stati sviluppati diversi processi per la dissoluzione in corpi idrici di gas, che hanno riguardato specialmente il problema dell’innalzamento della concentrazione dell’ossigeno in liquami al fine di favorire la digestione aerobica.

In particolare si tratta dei processi UNOX, Oxyazur, Lindox, Martin Manetta, Marox, Simplex, Mixflo e più recentemente il processo Oxydep. Nello specifico caso della anidride carbonica esistono processi di impiego di soluzioni ricche in CO2per la neutralizzazione di streams acquosi basici.

4 - Dati fisici riguardo la solubilità di CO2in acqua

La solubilità in acqua della CO2a 20°C in funzione della pressione è data dalla seguente tabella.

Tabella 1

Solubilità in acqua della CO2a 20°C in funzione della pressione Pressione assoluta Solubilità

(bar) (g/l)

1 1, 8

2 3,5

4 6,9

5 8,3

La solubilità in acqua della CO2in funzione della temperatura è data dalla seguente tabella (P=1 bar ass.)

Tabella 2

Solubilità della CO2in funzione della temperatura (P= 1 bar ass.) Temperatura Solubilità

(°C) (g/l)

0

10 2,5

20 1 ,8

30 1,25

40 0,95

50 0,80

In presenza di sali in soluzione, come avviene per l’acqua di mare, la solubili tà della CO2alla pressione di un bar e alla temperatura di 20°C, risulta di 1 ,45 g/l secondo quanto riportato da Zhenhao Duan et al.

Secondo J. Floor Anthorii, la concentrazione media di CO2nell’acqua di mare è di circa 90 mg/l, ma Kate Bradshaw indica concentrazioni di 654 mg/l in alcune zone.

Alla luce delle considerazioni sopra esposte è del tutto evidente che sussiste la possibilità di immettere negli oceani o in bacini di grandi dimensioni, significative quantità di CO2, senza alterare gli equilibri biologici dell’ecosistema, accelerando il processo naturale di ripartizione. Sarebbe però auspicabile che gli organismi preposti, elaborino una normativa che stabilisca le concentrazioni ammissibili della CO2negli oceani e nei bacini di grande estensione a tutela della vita acquatica e degli equilibri biologici dellecosistema dei corpi recipienti.

5 - Richiami teorici dell’invenzione

Si tratta di creare uno stream acquoso in pressione avente una concentrazione di CO2superiore a quella che si avrebbe a pressione atmosferica in accordo alla legge di Henry, come riportato in tabella 1. Il problema è quindi quello di disporre a monte della immissione della CO2nel corpo recipiente, di uno stream acquoso avente un’idonea concentrazione di CO2.

A titolo esemplificativo, ma non limitativo, fumi di combustione ad alta concentrazione di CO2possono essere trattati mediante un processo criogenico, con ricupero di energia mediante un impianto frigorifero a condensazione (non facente parte dell’invenzione) e sempre a titolo esemplificativo ma non limitativo, la CO2così separata allo stato liquido alla temperatura di - 78,,5°C, può essere stoccata in un serbatoio e da questo mediante pompa volumetrica iniettata in pressione in uno stream acquoso nel quale possa raggiungere una concentrazione molto elevata. Questo stream viene poi convogliato nel bacino di ricevimento mediante opportuni eiettori liquido-liquido. Si ha così un convogliamento della CO2nel bacino di ricevimento.

Pertanto siamo in presenza di un’unica fase liquida come avviene nel caso del gas ossigeno nel processo Mixflo descritto nel Brevetto italiano n.

20309782 e non di un sistema bifasico liquido-gas.

E però necessario progettare nel bacino di ricevimento una rete di distribuzione dello stream ricco in CO2,anche per quanto riguarda la profondità di immissione in modo non solo di non superare la concentrazione di saturazione di anidride carbonica, ma anche da non superare la concentrazione ammissibile di CO2a tutela della vita acquatica e degli equilibri biologici deH’ecosistema dei corpi recipienti.

6 - Applicazione industriale

La tavola 1 riporta in via esemplificativa, ma non limitativa una applicazione industriale dell'invenzione.

L’anidride carbonica liquida 4, separata dai fumi di combustione 2 provenienti dall'impianto di combustione 1 e trattati nell’impianto criogenico 3, viene stoccata nel serbatoio 5.

Da qui lo stream mediante la pompa 7 e tubazioni 6 e 8 viene miscelato con il miscelatore 9, con l’acqua prelevata dal bacino acquifero 13 mediante la pompa 10 di prevalenza adeguata attraverso la tubazione 14, viene immesso con la tubazione 11 e tramite gli eiettori liquido-liquido 12, nel bacino di ricevimento 13.

Esempio

Una centrale termoelettrica della potenza di 10 MW alimentata a gas naturale emette, con i gas combusti, circa 2.100 kg/h di CO2.

Dopo adeguato trattamento dei gas combusti dei gas combusti, la CO2liquida, sottoraffreddata a -80°C, viene stoccata in idonei serbatoi coibentati.

Parallelamente si prelevano dal corpo idrico con una pompa centrifuga sommersa 525 m<3>/h di acqua, che sono riciclati, attraverso una tubazione del diametro di 0,3 m alla pressione di 5 bar, e rimessi nello stesso corpo idrico. La solubilità della CO2alla pressione di 5 bar è di 8,3 g/l.

La CO2liquida, viene pompata con una pompa volumetrica attraverso un evaporatore riscaldato con vapore o con acqua calda esausta ed immessa, con idoneo eiettore/miscelatore, nella tubazione nella quale ricicla l’acqua del corpo idrico, ottenendo così, cautelativamente, una concentrazione di 4 g/l, inferiore quindi alla metà di quella corrispondente alla solubilità.

La soluzione di CO2in acqua così ottenuta viene immessa nel corpo idrico alla profondità di circa 40 metri attraverso un sistema di tubi di distribuzione terminanti, all’estremità, con un idoneo ugello, avente una perdita di carico che, sommata a quella delle tubazioni, sia intorno a 1 bar, in modo da garantire la pressione di 5 bar all'interno del sistema.

La distanza fra i singoli ugelli è tale che alla periferia delle rispettive sfere di influenza la concentrazione di CO2non superi i limiti massimi ammissibili per la vita acquatica e la dimensione del corpo idrico recipiente è tale (circa 1 ,8 milioni di m<3>), da non superare, nell’arco di 10 anni, la concentrazione di 0,1 g/l di CO2.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 - Procedimento di solubilizzazione di CO2in bacini di ricevimento, caratterizzato dal fatto che la CO2concentrata proveniente dalla corrente in cui è contenuta, viene addizionata e solubilizzata in una frazione acquosa prelevata dal bacino di ricevimento mediante pompa sulla sua mandata, in modo che la solubilità di CO2ivi disciolta sia corrispondente alla pressione mandata della pompa e immettendo tale corrente così arricchita in CO2nel bacino di ricevimento a mezzo di una rete di eiettori liquido-liquido, senza l’impiego di agitatori. 2 - Procedimento di cui la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il bacino di ricevimento è aperto all’atmosfera e che non si ha fuoriuscita di CO2gassosa in atmosfera dal bacino stesso dopo la miscelazione con la corrente ricca in CO2nel bacino stesso.