Membrane per ossicombustibile

Per il processo di ossicombustione è necessario ossigeno puro. L'ossigeno può essere prodotto dalla separazione dell'aria utilizzando la tecnologia criogenica o a membrana. La separazione criogenica dell'aria è lo stato dell'arte. La tecnologia delle membrane per la separazione di O2 e N2 è ancora oggetto di un lavoro fondamentale di ricerca e sviluppo.

Come materiali per membrane O2-selettive, sono attualmente allo studio soprattutto materiali ceramici di ossido come perovskite o fluorite. Questi materiali sono a tenuta di gas a temperatura ambiente. Solo in presenza di temperature elevate e di un gradiente di pressione, le membrane di separazione in ceramica di ossido di ossigeno diventano permeabili agli ioni di ossigeno.

Il processo di diffusione delle membrane deve quindi essere attivato termicamente. A questo scopo, le membrane e l'aria fresca in entrata vengono riscaldate a temperature comprese tra 700 °C e 900 °C.

Per il riscaldamento della membrana e dell'aria in entrata sono attualmente privilegiati due concetti: il cosiddetto processo a 4 estremità e il cosiddetto processo a 3 estremità.

Nel processo a 4 estremità il gas di scarico ricircolato viene alimentato sul lato del retentato della membrana come gas di spurgo. Il gas di spurgo riscalda la membrana e aumenta anche il flusso di ossigeno attraverso la membrana.

• L'aria da separare viene prima compressa e preriscaldata con gas di scarico prima di essere immessa nel lato permeato della membrana.
• Comprimendo l'aria e utilizzando un flusso di gas di lavaggio si ottiene un elevato rapporto di pressione parziale di O2, con conseguente elevato tasso di permeazione.
• La miscela gas combusti combustibile-ossigeno, detta anche gas di scarico arricchito di O2, che viene prodotta dal lato affitto, viene alimentata al processo di combustione del carbone attraverso un soffiatore di gas caldo.
• Oltre allo sviluppo della membrana, il processo a 4 estremità richiede lo sviluppo di un soffiatore di gas caldo che opera a circa 600 °C e lo sviluppo di un sistema di desolforazione dei gas caldi che opera a circa 800 °C.

Con il processo a 3 estremità, il flusso di gas di scarico attraverso il lato del retentato non è necessario.

• Qui la membrana viene riscaldata dall'aria da separare. A questo scopo, l'aria in entrata viene prima compressa, poi riscaldata a circa 850 °C nel generatore di vapore della centrale elettrica e quindi alimentata al lato permeato della membrana.
• Per ottenere il necessario rapporto di pressione parziale di O2 quando il flusso del gas di lavaggio viene omesso, nel processo a 3 estremità viene generata una bassa pressione di permeato sul lato del retentato utilizzando un sistema a vuoto.

I vantaggi del processo a 3 fasi rispetto al processo a 4 fasi sono che non sono necessari né materiali a membrana resistenti ai gas di scarico né soffiatori di gas caldi.

I vantaggi del processo a 4 fasi rispetto al processo a 3 fasi sono che ci si possono aspettare perdite di efficienza leggermente inferiori e superfici di membrana più piccole.

Il lavoro di ricerca e sviluppo su entrambe le varianti di processo viene svolto, tra l'altro, nell'ambito dei progetti di ricerca AC-Oxycoal e MEMBRAIN.

Sinonimi del termine:

• Sinonimo per 3-End Process: 3-End Process; 3-End Operation
• Sinonimo per processo a 4 fasi: processo a 4 fasi; funzionamento a 4 fasi
• Sinonimo per gas di lavaggio: gas di pulizia
• Sinonimo per generatore di vapore: caldaia a vapore