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CCC/236

Utilizzi del carbone alternativi alla combustione (CCC/236)
Herminè Nalbandian

Importante materia prima per la produzione di prodotti chimici a base di carbonio, a partire dalla metà del Ventesimo secolo il carbone è stato gradualmente rimpiazzato da petrolio e gas naturale come sorgente primaria di approvigionamento per l’industria chimica. Negli ultimi anni la volatilità del prezzo del petrolio e della sicurezza del suo approvvigionamento hanno favorito un rinnovato interesse per il carbone: rappresenta il 60% delle risorse energetiche globali e può essere sfruttato come combustibile nell’industria di generazione elettrica e come materia prima per la produzione di prodotti chimici (chemicals). Ci sono però ancora diversi problemi legati all’uso del carbone per la produzione di chemicals, fra cui problemi tecnologici di processo, presenza di molti componenti nella matrice organica in diversi stadi di conversione; impurezze inorganiche; costi di investimento; impatto ambientale. Inoltre, l’elevato consumo di acqua richiesto nei processi di conversione gioca un ruolo fondamentale sull’applicabilità finale. Il numero di prodotti chimici derivabili dal carbone è molto vasto. A titolo non esaustivo si possono citare mono etilen-glicole (MEG), dimetiletere (DME), olefine, acido acetico, formaldeide, urea, ammoniaca, monomeri del vinil cloruro (VCM), polivinilcloruro (PVC), butandiolo (BDO), acido acrilico (AA), acrilonitrile (ACN) e derivati dei naftaleni. La conversione coal-to-MEG risulta uno dei principali e interessanti processi che hanno avuto un notevole impatto sull’industria chimica negli ultimi anni. L’attuale capacità della conversione coal-to-MEG in Cina è di circa 1 Mt/y con previsoni di crescita nel 2015 a circa 2 Mt/y, e un ulteriore aumento a 12 Mt/y per il 2025.
Esistono diverse modalità di conversione del carbone in chemicals che includono carbonizzazione, gassificazione seguita dalla conversione del gas di sintesi e liquefazione/idrogenazione.
La carbonizzazione è il processo di conversione del carbone in carbonio, o in residui contenenti carbonio tramite pirolisi. Questo include il riscaldamento del carbone ad elevate temperature in assenza di ossigeno e nel distillare tars e oli leggeri. Il processo è usato per produrre coke metallurgico utilizzato per la produzione del ferro negli altiforni o in generale in processi che includono la fusione. Altri sotto-prodotti derivanti dalla carbonizzazione vengono raffinati per produrre materia prime per chemicals. La composizione tipica ottenuto tramite carbonizzazione include idrogeno, metano, e monossido di carbonio.
La gassificazione del carbone è stata applicata all’industria chimica sin dal 1930 per la produzione di metanolo, ma anche di ammoniaca e urea, i quali costituiscono le materie prime di fertilizzanti azotati e diverse plastiche. Il metanolo può essere purificato per distillazione al fine di rimuovere le impurità derivanti dal carbone. Il metanolo è tipicamente convertito a etilene, propilene, acido acetico e dimetiletere. Recentemente in Cina i processi di conversione methanol-to-olefin (MTO) e methanol-to-propylene (MTP) sono stati sviluppati e applicati in diversi impianti. La maggioranza degli impianti di gassificazione operanti a carbone sono progettati per produrre chemicals e fertilizzanti. Poche le tecnologie commerciali coal-to-olefin che includono i processi MTO e MTP: la Dalian methanol-to-olefins (DMTO), la Sinopec methnol-to-olefins (SMTO), la US Honeywell UOP/Norksk HYDRO MTO e la tedesca Lurgi MTP. In Cina esistono quattro impianti operanti con tali tecnologie: questo Paese rappresenta il centro di crescita per la produzione di chemicals dal carbone data l’ampia disponibilità a basso costo della materia prima.
Fattori quali costo, affidabilità, disponibilità e sicurezza sono importanti per lo sviluppo degli impianti di conversione. L’aumento dell’efficienza del processo contribuisce a sostenere da un lato il capitale di investimento iniziale,  affidabilità e disponibilità incidono invece in modo determinante sul costo. Per la produzione di chemicals come metanolo e ammoniaca, il trend appare favorevole essendo già da tempo operativi e produttivi in alcuni impianti.
In conclusione, la produzione di prodotti chimici a partire dal carbone è molto importante in Paesi privi (o con limitate quantità) di gas naturale e petrolio. Una filiera di notevole interesse per il futuro della ricerca sui possibili utilizzi del carbone. MM

Il rapporto originale è consultabile gratuitamente, previa registrazione, all’indirizzo:
http://www.iea-coal.org.uk/site/2010/publications-section/reports