Prove sperimentali di rigenerazione

La campagna sperimentale di rigenerazione su scala pilota è stata effettuata allo scopo di verificare l'efficienza correlata ad un processo di rigenerazione eseguito utilizzando sia soluzioni di assorbimento di idrossido di sodio che di potassio e quindi per

determinare se si verificassero differenze significative con un reagente o l'altro. In particolare si è deciso di testare tre diverse concentrazioni di KOH e NaOH che potrebbe essere comparate con i risultati ottenuti negli esperimenti di laboratorio scala precedenti per verificare la scalabilità del processo. In particolare le concentrazioni di potassio e idrossido di sodio testati sono stati i seguenti:

• NaOH 2,8 eq / l , 3,2 eq / l e 3,8 eq / l . • KOH : 2.35 eq / l , 2,8 eq / l e 3,8 eq / l

La Tabella 5.23 e Tabella 5.24 forniscono dati sui principali flussi in ingresso e uscita di trattamento di pre-lavaggio, del processo di rigenerazione e dell trattamento di lavaggio finale adottato per le soluzioni spente prodotte da prove di assorbimento già riportate. Questi dati comprendono il volume e la composizione della soluzione esausta trattati nelle prove di rigenerazione, la quantità di residui di APC e delle acque di lavaggio di ciascuna prova nonché il volume e la composizione della soluzione ottenuta dopo la fase di rigenerazione, il rapporto R effettivo tra gli equivalenti di Ca reattivo aggiunti con i residui di APC e gli equivalenti di CO3 nelle soluzioni spente, il peso a secco e le soluzioni assorbite dai prodotti solidi.

R1 R2 R3a R3b

SOLUZIONE SPENTA Volume soluzione da

rigenerare 7.33 9.03 7.43 7.02 l

Tamponamento totale 2.8 3.2 3.77 3.7 eq/l

PRIMO LAVAGGIO

Peso APC 2.97 4.18 4.03 3.71 kg

Volume acqua di lavaggio 14.86 20.92 20.16 18.55 l

Prodotti solidi

Peso

secco 1.91 2.49 2.29 2.23 kg

Acqua

Volume residuo acqua di 1°

lavaggio 13.03 18.6 17.92 15.97 l

RIGENERAZIONE Volume soluzione

rigenerata 7.02 7.14 6.92 5.35 l

Concentrazione idrossidi 1.75 2.07 2.00 2.37 eq/l

Prodotti solidi Peso secco 2.34 3.15 2.88 3.72 Soluzione assorbita 2.46 2.87 2.47 3.11 R 1.39 1.29 1.22 48.67 (eqCaR / eqCO3--) SECONDO LAVAGGIO

Volume acqua di lavaggio 10.27 14.68 11.48 n.m.

Prodotti solidi

Peso secco 2.03 2.73 2.37 n.m. kg

Soluzione

assorbita 2.29 2.99 2.56 n.m. l

Volume residuo acqua di 2°

lavaggio 9.39 14.6 11.26 n.m. l

Tabella 5.23 Dati dei principali ingressi e uscite di ciascuna fase del trattamento dei test di rigenerazione realizzati utilizzando soluzioni di NaOH - rigenerazione della soluzione spenta delle prove di assorbimento.

Prova 2.35 2.8 3.8

SOLUZIONE SPENTA Volume soluzione da

rigenerare 7.56 7.83 8.26 l

Tamponamento totale 2.33 2.82 3.6 eq/l

PRIMO LAVAGGIO

Peso APC 2.55 3.09 4.55 kg

Volume acqua di lavaggio 12.76 15.43 22.73 l

Prodotti solidi

Peso

secco 1.65 1.68 2.88 kg

Acqua

Volume residuo acqua di 1°

lavaggio 11.59 13.10 20.18 l

RIGENERAZIONE Volume soluzione

rigenerata 7.09 8.52 7.37 l

Concentrazione idrossidi 1.5 1.60 2.13 eq/l

Prodotti solidi Peso secco 1.95 2.24 3.37 kg Soluzione assorbita 1.7 1.78 3.06 l R 1.4 1.13 1.45 (eqCaR / eqCO3--) SECONDO LAVAGGIO

Volume acqua di lavaggio 7.83 n.m. 15.66 l

Prodotti solidi

Peso secco 1.56 1.72 2.81 kg

Soluzione

assorbita 1.61 1.75 3.01 l

Volume residuo acqua di 2°

lavaggio 7.63 9.81 15.71 l

Tabella 5.24 Dati dei principali ingressi e uscite di ciascuna fase del trattamento dei test di rigenerazione realizzati utilizzando soluzioni di KOH - rigenerazione della soluzione spenta delle prove di assorbimento.

5.7. Analisi dei risultati

La Tabella 5.23 fornisce i dati sui principali flussi in entrata e in uscita del trattamento di pre-lavaggio, il processo di rigenerazione e il trattamento di lavaggio finale adottati per le prove di rigenerazione condotte sulle soluzioni spente prodotte dalle prove di assorbimento 1-AS, 2-AS, 3-AS e 18-AS.

Questi dati includono il volume e la composizione della soluzione spenta trattata nella prova di rigenerazione, la quantità di residui di APC e l’acqua utilizzati in ciascuna prova di lavaggio insieme al volume e la composizione della soluzione ottenuta dopo la fase di rigenerazione.

Sulla base di questi risultati, è stata calcolata l’efficienza di rigenerazione complessiva del processo (ηR), come mostrato nell’ equazione 5.3, dove [NaOH]rig e Vrig indicano la concentrazione di NaOH e il volume della soluzione rigenerata, mentre [Na2CO3]spenta e Vspenta rappresentano la concentrazione di Na2CO3 e il volume della soluzione spenta.

ηR = [NaOH]rig Vrig /([Na2CO3]spenta Vspenta) (5.3)

L’efficienza di rigenerazione è una questione chiave per questo processo poiché fornisce un’indicazione sul risultato complessivo della reazione di rigenerazione e quindi sulla correzione richiesta per ristabilire la concentrazione iniziale nella soluzione di carico per la fase di assorbimento.

I valori di efficienza di rigenerazione ottenuti per le concentrazioni testate sono stati tra il 50 e il 60%.

Confrontando i dati riportati in Tabella 5.23, si può notare che i valori di efficienza di rigenerazione ottenuti sono correlati principalmente alla diminuzione osservata tra la concentrazione di carbonato nella soluzione spenta e la concentrazione di idrossidi ottenuta nella soluzione rigenerata.

Infatti, il rapporto tra il volume della soluzione rigenerata e quello della soluzione spenta è variato tra 0.8 e 1, suggerendo che specialmente nel caso delle prove R1 e R3a, il volume della soluzione rigenerata recuperato ha giocato un ruolo secondario nell’influenzare le prestazioni del processo.

Si sono invece notate differenze significative tra i valori di concentrazione risultanti per la soluzione spenta e quella rigenerata.

Per esempio per la prova R1 nella soluzione rigenerata sono stati ottenuti 1.75 mol/l (corrispondenti a 1.75 eq/l) di NaOH, per esempio il 40% in meno di quanto atteso sulla base della composizione iniziale della soluzione (2.8 eq/l ovvero 1.4 mol/l di Na2CO3). Questa riduzione è dovuta da un lato alla diluizione della soluzione spenta causata dall’acqua contenuta nel prodotto solido dopo il trattamento di prelavaggio e dall’altro dalla composizione chimica dei residui utilizzati nel processo.

Al fine di distinguere tra gli effetti che contribuiscono alla diminuzione nella concentrazione osservata nelle prove realizzate, in Figura 5.50 sono riportate le concentrazioni teoriche e sperimentali relative al processo di rigenerazione.

Figura 5.50 Principali concentrazioni sperimentali e teoriche relative al processo di rigenerazione. C iniziale e C diluita sono concentrazioni di Na2CO3 (1 eq/l = 0.5 mol/l); C potenziale e C rigenerata sono concentrazioni di

NaOH (1 eq/l = 1 mol/l).

In particolare, sono indicati la concentrazione iniziale di Na2CO3 nella soluzione spenta (C iniziale), la concentrazione risultante dalla diluizione dovuta al trattamento di prelavaggio dei residui (C diluita), la massima concentrazione che può essere raggiunta basata sulla capacità tampone della soluzione rigenerata (C potenziale) e la concentrazione effettiva di NaOH misurata nella soluzione rigenerata (C rigenerata). Come si può osservare, la diminuzione della concentrazione può essere correlata all’effetto di diluizione risultante dal trattamento di prelavaggio, poiché il prodotto solido ottenuto da questa fase contiene oltre 2 litri di acqua, che è un valore abbastanza considerevole tenuto conto che il volume della soluzione spenta trattata è stato generalmente intorno a 7 litri.

Tuttavia, in base alla misura della capacità tampone totale della soluzione rigenerata (C potenziale), si è visto che la quantità massima di NaOH ottenibile è minore della C diluita.

Questo effetto potrebbe essere probabilmente correlato all’elevato contenuto nei residui dei sali solubili, inparticolare di CaOHCL, i quali, anche dopo il pretrattamento di lavaggio, possono ridurre la capacità tampone.

In realtà, confrontando la concentrazione di NaOH misurata nella soluzione rigenerata (C rigenerata) con C potenziale, si può notare che per C iniziale inferiore a 1.88 mol/l o 3.77 eq/l, la reazione di rigenerazione è stata quasi completa.

Nel complesso, può essere osservato che l’aumento della C iniziale ha mostrato di esercitare un effetto sfavorevole sull’efficienza di rigenerazione, che è un risultato significativo per l’accoppiamento delle fasi di assorbimento e rigenerazione.

I risultati ottenuti dalle analisi del prodotto solido della reazione di rigenerazione hanno mostrato di essere in accordo con i risultati descritti sopra e con i risultati delle prove preliminari in scala di laboratorio.

Infatti, in ciascuna delle prove realizzate è stato ottenuto un elevato contenuto di calcite (frazione in massa 0.6 - 0.7), corrispondente a una capacità di rimozione di CO2 di 0.220 – 0.330 kg per kg di materiale carbonato.