Progetto DEMOYS
Dense Membrenes for Efficient Oxygen and Hydrogen Separation
27-28 Sett. 2009
Obiettivi del progetto
Sviluppo di membrane sottili a conduzione di ossigeno e
membrane ceramiche/metalliche per la separazione di idrogeno
attraverso l’utilizzo di una tecnica di deposizione innovativa
“Thin Film Low Pressure Plasma Spraying” (TF-LPPS) di strati ad
alta capacità catalitica
Integrazione di tali membrane in centrali elettriche a emissioni
zero di CO2.
Progetto DEMOYS
2
Partecipanti
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
11)
12)
13)
14)
ENEA - RICERCA SUL SISTEMA ELETTRICO SPA (IT)
Federal Institute of Technologies, ETHZ (CH)
FORSCHUNGSZENTRUM JÜLICH GMBH (DE)
UNIVERSITAET KARLSRUHE (TECHNISCHE HOCHSCHULE) (DE)
CERAMIQUES TECHNIQUES ET INDUSTRIELLES SA (FR)
GKN Sinter Metals Engineering GmbH (DE)
Sulzer Markets and Technology Ltd. (CH)
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI GENOVA (IT)
CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONE SCIENTIFICAS (ES)
POLITECNICO DI MILANO (IT)
Instytut Energetyki (PL)
FOSTER WHEELER ITALIANA SPA (IT)
SOL S.P.A. (IT)
ENEL PRODUZIONE. S.P.A. (IT)
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Attività
Activity
Material selection & optimization
Membrane development & basic characterization
Membrane functional characterization
Membrane integration in power generation plants
Prototype membrane manufacturing & testing
Process scale-up & cost evaluation
Progetto DEMOYS
Leader
SULZER
Jülich
IEn
POLIMI
SOL
FWI
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Plasma Spraying
APS: pressione atmosferica
VPS: 50 mbar
LPPS-Thin Film: 1 mbar
Progetto DEMOYS
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Low Pressure Plasma Spraying
Precursors
Powders
Liquid Phase
Conventional
Thin Film
Technologies
e.g. PVD, CVD
F aster
Deposition
LPPS
Thin Film
Process
Larg er
Areas
Conventional
Thermal Spray
Processes
e.g. Ar c, Flame
Plasma, HVOF
Gas Phase
Vapor
(option)
0.01 µ m
1...5 µ m
Progetto DEMOYS
~50 µm Coating Thickness
6
Integrazione di membrane per separazione O2
pressurized
air feed
2
½O2 + 2e¯ O ¯
2
electrons
O ¯
oxygen rich
stream
oxygen
depleted air
2
O ¯ ½O2 + 2e¯
sweep gas
OTM (Oxygen Transport Membrane), altrimenti detta ITM (Ionic
Transport Membrane): membrana ceramica non porosa capace di
trasportare ioni O2−− ed elettroni in senso opposto
Il meccanismo di separazione assicura selettività infinita (cioè, a
meno di possibili trafilamenti, viene separato O2 puro al 100%)
Funzionamento a temperature dell’ordine di 800÷1000°C
Utilizzabile per sostituire l’impianto ASU criogenico in impianti
IGCC
Utilizzabile per impianti con combustione in ossigeno
Progetto DEMOYS
7
Ciclo AZEP
Progetto DEMOYS
8
Ciclo EFCC
CO2 to
inlet air
storage CO2 compressor
and drier
~
Gas turbine
compressor
~
oxygen
depleted
air
MHX
limestone
not commercial
technology
gas turbine
expander
recirculating
sweep gas
OTM
CHX
Wet
FGD
HPsteam
gypsum
HPbfw
exhaust gas
heat recovery steam generator
coal
~
oxygen + sweep gas
oxygen depleted air
LPsteam
RH+IP
steam
~
steam
turbine
Progetto
DEMOYS
9
Ciclo a vapore con caldaia PFBC a ossigeno
heat to
steam cycle
FBC
coal +
sorbent
exhaust flow
recirculating
sweep gas
oxygen
depleted
air
MHX
CO2
compressor
and drier
heat
recovery
OTM
oxygen +
sweep gas
Turbocharger
~
heat
Progetto DEMOYS
recovery
inlet air
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Schema di dettaglio
FBC
~
coal+
sorbent
~
steam turbine
oxygen +
sweep gas
exhaust flow
MHX
sweep
gas
OTM
SB1
hp-bfw
SB2
Turbocharger
~
oxygen
depleted air
dea
D1
E1
R1
D2
E2
R2
inlet air
AC
CO2 compressor
and drier
CO2 to
storage
~
Progetto DEMOYS
lp-bfw
to stack
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Integrazione di membrane per separazione H2
Il principio di funzionamento è il medesimo: membrana ceramica
non porosa in grado di trasferire ioni H+ ed elettroni (nello stesso
senso) attraverso conduttori metallici annegati nella membrana
stessa
Il campo di temperature operative è lo stesso del caso a ossigeno,
nell’ordine di 800÷1000°C
Il meccanismo di separazione assicura selettività infinita (cioè, a
meno di possibili trafilamenti, viene separato H2 puro al 100%)
L’utilizzo più indicato per questo tipo di membrana è la
costruzione di steam methane reforming a membrana con i
seguenti vantaggi:
possibilità di ottenere elevate conversioni del metano anche a
basse concentrazioni di H2O
la separazione dell’idrogeno facilita la successiva cattura della
CO2
Progetto DEMOYS
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Caratteristiche del progetto
Call: ENERGY.2009 5.1.1: Innovative capture techniques
Durata: 4 anni
Costo totale: € 5’131’596
Finanziamento richiesto: € 3’442’697
Contributo al Dipartimento: € 107’700
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