La produzione del vetro è un processo ad alta intensità energetica in cui la combustione in ossigeno puro può offrire vantaggi rispetto al processo tradizionale ad aria. Gli esempi includono la riduzione di NOx ed emissioni di particolato, migliori prestazioni del forno e maggiore trasferimento di calore. Questo articolo presenta un modello matematico unidimensionale che risolve bilanci di massa, quantità di moto ed energia per a modulo membrana planare di trasporto dell’ossigeno. I principali parametri di modellazione che descrivono la cinetica di superficie dell’ossigeno e la morfologia microstrutturale del supporto sono stati calibrati su dati ottenuti sperimentalmente su una membrana La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ (LSCF) spessa 30 μm, supportata su una struttura LSCF porosa da 0,7 mm. Il modello viene quindi utilizzato per progettare e valutare le prestazioni di un modulo a membrana per il trasporto dell’ossigeno integrato in un impianto per la fusione del vetro. Tre diversi forni a ossicombustione per la produzione del vetro basati sulla tecnologia di separazione a membrana e su sistemi di adsorbimento swing swing sono stati confrontati rispetto a un’unità di riferimento ad aria. L’analisi mostra che la configurazione oxyfuel più efficiente con membrane consente di ridurre la richiesta di energia del ~ 22% rispetto al caso di riferimento ad d’aria.
Una valutazione economica preliminare mostra che le membrane possono ridurre i costi complessivi della produzione di vetro rispetto agli impianti a ossicombustione basati sulle tecnologie standard di vacuum swing adsorption.