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rapporti - Deliverable

7.2.3.7 – Caratterizzazione membrane per processo di cattura post-combustione attività.

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7.2.3.7 – Caratterizzazione membrane per processo di cattura post-combustione attività.

Tra le opzioni per la separazione/cattura della CO 2 dai fumi in impianti di generazione di potenza (processi di post-combustione) l’assorbimento chimico con ammine in colonne impaccate viene generalmente considerato come il processo di riferimento. Tale tecnologia, ancorché onerosa da un punto di vista impiantistico ed energetico, presenta il vantaggio di essere tecnologicamente matura e quindi immediatamente disponibile per retrofit su impianti esistenti. La ricerca in questo campo si sta pertanto indirizzando verso un’ottimizzazione del processo, nell’ottica del contenimento dei relativi costi e, in particolare, verso la formulazione di nuovi sorbenti e soluzioni tecnologiche alternative alle colonne di assorbimento quali il membrane contactor. Il membrane contactor é costituito da un numero elevato di fibre cave microporose che hanno la funzione di promuovere il contatto tra la fase gassosa e liquida per agevolare il trasferimento di massa in assenza di miscelamento. Il membrane contactor, caratterizzato da un’area specifica più elevata rispetto alle colonne di assorbimento tradizionali, dovrebbe pertanto consentire di operare con maggiore efficienza e volumi più contenuti portando, in ultima analisi, ad una riduzione dei costi del processo di cattura. In particolare l’analisi svolta nell’ambito del “Carbon Capture Project” (CCP) 1 ha stimato che mediante l’impiego del membrane contactor il costo della cattura della CO 2 può essere ridotto di circa il 20% rispetto alla cattura con tecnologia convenzionale. In questo rapporto sono riportati i risultati di prove do laboratorio finalizzate a valutare l’applicabilità della tecnologia “membrane contactors” per la cattura del biossido di carbonio da gas di combustione con NaOH e monoetanolammina (MEA). Nella prima parte dell’attività, svolta nel 2004, sono state eseguite prove preliminari di laboratorio, con l’obiettivo di selezionare il tipo e la configurazione di membrana più idonea ad operare in condizioni di membrane-contactor per la rimozione della CO 2 . Le prove sono state eseguite presso i laboratori dell’Università di Genova, con una miscela gassosa (N 2 /CO 2 ), utilizzando come liquido assorbente una soluzione acquosa di NaOH a concentrazione nota. La selezione delle membrane potenzialmente utilizzabili è stato effettuato con membrane di tipo capillare, di 1 “Capture Technical Overview” EU roll-out, Bruxelles June 2 nd 2004, www.co2captureproject.org

diverso materiale (polipropilene e polietilene), differente struttura (simmetriche e asimmetriche), idrofobiche e idrofiliche, con differenti dimensioni e configurazioni geometriche dei moduli (lineare e a loop). I risultati (vedi allegato 1) hanno messo in evidenza la maggiore efficienza delle membrane in polipropilene (PP) rispetto al polietilene (PE), un migliore trasferimento della miscela gassosa da parte dei moduli a configurazione lineare rispetto a quelli a loop e, a parità di materiale e configurazione geometrica, la maggiore efficienza della membrana Akzo Nobel – Membrana S6/2 rispetto alla membrana Akzo Nobel – Membrana 50/280, che ha fornito comunque buoni risultati. L’attività è continuata nel 2005 con la configurazione e la tipologia di membrana che ha fornito i risultati migliori, mediante prove su di un circuito di laboratorio in cui è stata valutata l’efficienza di rimozione in diverse condizioni operative, sia per l’NaOH e la MEA (vedi allegato 2). In particolare si è operato su una miscela di azoto e anidride carbonica (CO 2 15%) ed è stata valutata l’influenza sull’efficienza del trasferimento gas/liquido dei seguenti parametri: area della membrana, portata della soluzione assorbente e della miscela gassosa (rapporto L/G da 1 a 20); concentrazione di NaOH e MEA nell’intervallo 0.1.- 3 M; temperatura nell’intervallo 20-60°C . I risultati indicano che, a temperatura ambiente, anche per basse concentrazioni di NaOH e MEA, si raggiunge un’efficienza di rimozione della CO 2 molto elevata (superiore al 90%), operando con basse portate di gas trattato (rapporto L/G di 10). Aumentando la concentrazione dell’assorbente, si è in grado di trattare portate di gas sempre maggiori; tale incremento assume valori significativi per la MEA ad efficienze di rimozione pari a 90 e 95%, mentre per efficienze di rimozione del 98% si raggiungono in breve valori di saturazione sia per la soda che per la MEA. I risultati mostrano inoltre la maggiore efficienza della MEA rispetto alla soda; ad esempio a parità di concentrazione dell’assorbente e di efficienza di rimozione della CO 2 (90%), si ottengono con la MEA flussi specifici (moli di CO 2 rimossa per unità di tempo e superficie di membrana) più che doppi rispetto alla soda. E’ stata infine valutata l’influenza della temperatura sull’efficienza di rimozione con soluzioni di NaOH 2.0 M e MEA 1.0 M: è risultato evidente il vantaggio che si può trarre dall’operare a temperatura superiore ai 20°C; , a 40 e 60°C, si ottiene un’efficienza di rimozione superiore al 97% sia per NaOH che MEA, per tutte le portate di gas considerate. Si può pertanto concludere che i risultati della sperimentazione confermano la possibilità di impiegare la tecnologia del membrane contactor per la rimozione della CO 2 da gas di combustione. La suddetta tecnologia

a parità di condizioni operative e di assorbente utilizzato, sembra presentare una maggiore efficienza rispetto alle tradizionali colonne di assorbimento. I suddetti risultati vanno però confermati in prove di lungo termine per lo scale-up del processo, e integrate da un’analisi tecnico-economica che quantizzi, a fronte dei benefici, i costi d’investimento e operativi della tecnologia.

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