Metody pozyskiwania tlenu do procesu oxyfuel.
Aby spełnić wymagania techniczne instalacji Oxyfuel nale\
y uwzględnić warunki dotyczące
dostarczenia tlenu procesowego. Instalacje tlenowe wymagajÄ… du\
ych nakładów
inwestycyjnych.
Obecnie stosowaną metodą wytwarzania czystego tlenu (o czystości większej ni\
>99,5%)
jest metoda Lindego. W procesie tym kompresor kriogeniczny sprÄ™\
a powietrze a\
do 200
bar. Po schłodzeniu sprę\
onego powietrza zostaje ono poddane dekompresji. Podczas
gwałtownego rozprę\
ania powietrze ochładza się osiągając temperaturę skroplenia. Pozostała
w zbiorniku niewielka ilość powietrza ulega skropleniu. Skroplone powietrze zostaje
rozdzielone w kolumnie destylacyjnej. Energochłonność procesu prowadzonego na dwóch
szeregowych kolumnach destylacyjnych wynosi 250 kWhel/tO2. Dodatkowo, by osiągnąć
czystość tlenu powy\
ej 95% nale\
y zu\
yć jeszcze 200 kWhel/tO2. Rozwa\
yć nale\
y równie\

proces, w którym przy zastosowaniu wielu kolumn destylacyjnych osiągnąć mo\
na czystość
tlenu 95%, a energochłonność procesu kształtuje się na poziomie 160 kWhel/tO2.
Energochłonność tego procesu jest skrajnie wysoka! Powietrze składa się z trzech głównych
składników (po osuszeniu i usunięciu CO2). Są to: azot, tlen i argon.
5 % obj (powietrze) Temperatura wrzenia [°C]
O2 20,95 -183,0
Ar 0,93 -185,9
N2 78,08 -195,8
W tabeli zamieszczono temperatury wrzenia tlenu, argonu i azotu. Najpierw odparowaniu
ulegajÄ… ciecze bardziej lotne, o ni\
szej temperaturze wrzenia. W tym przypadku azot.
Następnie w wy\
szej temperaturze odparowaniu ulega argon. Z powodu małej ró\
nicy
temperatury wrzenia tlenu i argonu stosować nale\
y, wielokrotnÄ… destylacjÄ™, WiÄ…\
e siÄ™ to
jednak z wysokimi kosztami eksploatacyjnymi. Poni\
ej przedstawiono schemat podwójnej
kolumny Lindego:
Pominięcie procesu usuwania argonu spowodowałoby obni\
enie czystości tlenu do 95%. Te
5% argonu nie wpływa znacząco na przebieg procesu Oxyfuel. Argon jednak nale\
y usunąć z
gazów spalinowych, wraz z pozostałością tlenu i azotu. Rozwa\
yć nale\
y, uwzględniając
energochłonność procesu i koszty instalacji, oddzielanie argonu i innych pozostałych
składników po procesie spalania.
Membrany perowskitowe
Inną, intensywnie rozwijaną, techniką wytwarzania tlenu wysokiej jakości jest separacja tlenu
w wysokiej temperaturze za pomocÄ… membran perowskitowych. Perowskity sÄ… grupÄ…
nieorganicznych związków chemicznych, soli o ogólnym wzorze ABX3, gdzie A - to zwykle
kation metalu z grupy litowców lub berylowców (rzadziej któregoś z metali przejściowych),
B - to kation o liczbie koordynacyjnej równej 6 (najczęściej tytan, niob, tantal, mangan), zaś
2-
X - to zazwyczaj anion tlenkowy O , rzadziej halogenkowy lub siarczkowy. Nazwa tej grupy
związków pochodzi od minerału perowskitu CaTiO3, reprezentatywnego przedstawiciela
grupy. Struktura perowskitów mo\
e być opisana przez regularną sieć płasko-centrowaną
4+
(FCC) z jonem B w centrum sieci. W większości związków o tej strukturze promienie
4+ 2+
jonowe B oraz A są mniejsze od wartości implikowanych przez geometrię sieci, tote\
nie
"stykajÄ… siÄ™" one z sÄ…siednimi anionami tlenkowymi, Å‚amiÄ…c pierwszÄ… zasadÄ™ Paulinga. Na
skutek tego, sieć mo\
e ulegać odkształceniom, mającym na celu minimalizację jej energii.
Wykorzystywany do procesu oddzielania tlenu perowskit opisać mo\
na ogólnym wzorem
sumarycznym ABO3-´, gdzie współczynnik ´ wskazuje niedobór atomów tlenu w strukturze
czÄ…steczki. W temperaturze powy\
szej 800 °C te wolne przestrzenie (wakansy - nieobsadzone
atomami węzły sieci krystalicznej) mogą się przemieszczać. Perowskity przewodzące
przewodzą elektrony i jony tlenu. Siłą napędową transport jonów tlenu jest ró\
nica ciśnienia
czÄ…stkowego tlenu po obu stronach membrany. Jednak\
e nie dochodzi w tym przypadku do
dyfuzji atomów tlenu przez materiał porowaty, ale dochodzi do reakcji chemicznej.
Wytworzony tą metodą tlen ma czystość 100%. Na szczególne zainteresowanie zasługuje
BSCF5582 (Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3-´) z którego rozwojem wiÄ…\
e siÄ™ du\
e nadzieje. W świecie
prowadzi się wiele programów badawczych związanych z tą problematyką. Materiały te nie
znalazły jeszcze zastosowania przemysłowego.
Glony
Metodą biologiczną, wykorzystując glony, wytworzyć mo\
na równocześnie tlen i biomasę
oraz rozkładać CO2. Pod wpływem światła glony wytwarzają biomasę (ze znaczną
zawartością tłuszczu) oraz tlen z CO2 i wody. Wydajność procesu fotosyntezy glonów jest
znacznie większa ni\
roślin lądowych. Na rysunku 5 przedstawiono schemat działania
instalacji firmy E.ON Hanse z Hamburga.
Licht - światło
Gasverbrennung  spalanie gazu
Bioreaktor - bioreaktor
Abwärme  ciepÅ‚o wylotowe
Rauchgas - spaliny
Algenabscheider  oddzielacz glonów
Abluft  odpływ
Trocken - suche
Algenbiomasse  biomasa z glonów
Feucht  wilgotny
Kulturmedium - bakterie
Nährstoffe  substancja od\
ywcza
Frischwasser  świe\
a woda
Zugabe - dodatek