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Integrazione di membrane in processi industriali: stima della condizioni operative e dei consumi energetici

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Integrazione di membrane in processi industriali: stima della condizioni operative e dei consumi energetici

Nel presente documento sono descritte le attività di ricerca svolte per l’individuazione di processi industriali in cui integrare moduli a membrana per la separazione dell’ossigeno ad alta temperatura, con l’obiettivo di migliorare il processo in termini di consumi energetici e di costi. In particolare, sono presentate le prime analisi condotte in ambito siderurgico per l’individuazione di processi che dispongono di fonti di energia utilizzabili per il riscaldo delle membrane ceramiche.

Nel presente documento sono descritte le attività di ricerca svolte per l’individuazione di processi industriali in cui integrare moduli a membrana per la separazione dell’ossigeno ad alta temperatura, con l’obiettivo di migliorare il processo in termini di consumi energetici e di costi.

L’analisi di processi industriali ha infatti l’obiettivo di individuare applicazioni di interesse per le membrane per separazione dell’ossigeno, in modo da dimostrarne l’effettiva competitività rispetto alle tecnologie convenzionali di produzione di O2 e promuoverne l’applicabilità nel settore industriale, nonché individuare le condizioni di esercizio a cui i materiali sviluppati devono essere esposti.

In precedenti lavori è stata verificata la possibilità di integrare efficientemente membrane per separazione di ossigeno in processi industriali quali la produzione del vetro e della ceramica, riscontrando vantaggi da un punto di vista energetico ed economico. Nel presente lavoro sono presentate le prime analisi condotte in ambito siderurgico. Il processo di produzione dell’acciaio è stato individuato come idoneo per l’applicazione della tecnologia di separazione di O2 con membrane in quanto è un processo particolarmente energivoro, opera a temperature molte elevate, offre la possibilità di recuperi di calore e fa un importante uso dell’ossigeno. Inoltre, la produzione di acciaio è diffusa in tutto il mondo e ricopre un ruolo fondamentale sia a livello industriale che economico.

Nel 2019 l’Italia ha raggiunto una produzione di circa 23 milioni di tonnellate di acciaio grezzo, contribuendo così al 15% circa della produzione europea e risultando seconda solo alla Germania. I principali processi di produzione dell’acciaio sono il ciclo integrale (basato sul processo di altoforno) e il ciclo elettrico, ma esistono anche processi alternativi come la riduzione diretta.

Vista la complessità dei processi e le numerose fasi necessarie per trasformare le materie prime nel prodotto finito, è stata condotta un’attenta analisi volta ad individuare i processi che dispongono di fonti di energia utilizzabili per il riscaldo delle membrane ceramiche, con particolare attenzione alla fattibilità tecnica del recupero di calore, alla continuità/discontinuità del processo e all’eventuale presenza di inquinanti. In particolare sono stati analizzati i processi dell’altoforno, del convertitore a ossigeno e del forno elettrico.

Lo studio ha messo in evidenza che nei processi di produzione dell’acciaio sono disponibili fonti di calore potenzialmente utilizzabili per il riscaldo di un modulo a membrana, ma che deve essere valutato l’impatto del loro utilizzo sul resto del processo.

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