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• progettazione
• simulazione
• modellazione
• rimozione a secco
• acido cloridrico
• calcare
• vapore geotermico
• limestone
• hydrochloric acid
• dry removal
• modelling
• simulation
• design

Sommario
Il lavoro svolto in questa tesi si inserisce all’interno di un’attività di ricerca e sviluppo condotta presso il Consorzio Polo Tecnologico Magona, riguardante l’ingegnerizzazione di un processo innovativo di abbattimento di acido cloridrico da vapore geotermico. L’acido cloridrico presente nel vapore è un agente fortemente corrosivo ed è perciò necessaria la sua rimozione a monte del processo di produzione di energia geotermoelettrica.
Il processo innovativo di rimozione avviene tramite la reazione a secco di acido cloridrico con un letto di carbonato di calcio. Rispetto alle tecnologie tradizionali, questo processo permette di ridurre sensibilmente le perdite di entalpia del vapore, che è così sfruttabile nel processo di produzione di energia.
Il processo di abbattimento è stato modellato matematicamente descrivendo i fenomeni di reazione e di trasporto a livello di singola particella del letto e di reattore. Questo ha permesso di spiegare la presenza di condense osservate nelle prove svolte in laboratorio, di predire i vari regimi di funzionamento del sistema e di riprodurre, tramite simulazioni, i profili di concentrazione di HCl in uscita dal letto di calcare ottenuti nelle misure. Successivamente, i parametri del modello sono stati calibrati sulla base dei profili di concentrazione ottenuti lungo il letto di un reattore pilota per diverse condizioni operative, validando così il modello con buon accordo con i dati sperimentali.
Il modello validato, oltre a fornire una descrizione matematica dei fenomeni reattivi, ha infine permesso di svolgere delle simulazioni del processo in full-scale, con l’obiettivo di individuare le condizioni di design ed i parametri di esercizio che rispettano le specifiche sull’abbattimento dell’acido nel tempo e minimizzano perdite di carico, mostrando quantitativamente come l’abbattimento a secco di HCl in vapore geotermico possa rappresentare un’alternativa più efficiente rispetto alle tecnologie attuali.
Summary
The present thesis work is carried out within a research and development activity conducted at the Consorzio Polo Tecnologico Magona concerning the engineering of an innovative process for the hydrochloric acid abatement from geothermal steam. The hydrochloric acid contained in the steam is a highly corrosive agent and it is therefore mandatory to remove it upstream of the geothermal energy production process.
The innovative removal process takes place via the dry reaction of hydrochloric acid with a bed of calcium carbonate. Compared to traditional technologies, this process allows for a significant reduction in the enthalpy losses of the steam, so that the saved energy loss is exploitable in the energy production process.
The abatement process was mathematically modelled by describing the reaction and transport phenomena at both the single particle and the reactor levels. The models enabled the explanation of the presence of condensation in the laboratory tests, allowing for the prediction of the different operating regimes of the system and to reproduce, via simulation, the profiles of the HCl concentration exiting the laboratory limestone bed. Then, model parameters were calibrated by using data of concentration profiles along the limestone bed collected in a process pilot plant in different operating conditions, thus validating the model with good agreement with experimental data.
The validated model, in addition to mathematically describing the reaction phenomena, was used in full-scale process simulations aimed at the identification of the design conditions and operating parameters that meet the specifications on acid abatement over time and minimize the pressure losses of the steam. These activities quantitatively showed the promising prospects of a dry removal of HCl in geothermic steam compared to the present technologies.