Modellazione e applicazione di processi a membrana e sistemi integrati con pressure swing adsorption per la purificazione di idrogeno da syngas

Questo studio ha vagliato metodi di separazione dell’idrogeno da correnti di syngas provenienti da processi di gassificazione. Eseguendo un’attenta analisi dello stato dell’arte delle tecnologie per la purificazione dell’idrogeno si è approfondito lo studio dei sistemi a membrane polimeriche, risultando queste le più promettenti da testare. A tal fine si è sviluppato un modello semplificato della membrana in configurazione cross-flow, in grado di simulare il trasporto di tipo solution-diffusion delle specie gassose attraverso il polimero, con l’ausilio di software quali Aspen Custom Modeler e Aspen Simulation Workbook. Con il modello sono state valutate le prestazioni, in termini di purezza e recovery dell’idrogeno, di moduli a membrana costituiti da materiali commerciali e di scala di laboratorio, H2-selettivi e CO2-selettivi. Per simulare processi completi di configurazioni multistage e ricicli si è interfacciato il modello con Aspen HYSYS. Sono stati simulati processi integrati, coinvolgendo membrane e PSA (Pressure Swing Adsorption), sviluppati in varie configurazioni. Per simulare la PSA nel processo se ne è implementato un modello, realizzato con lo specifico programma Aspen Adsorption. Analizzando le performance delle diverse configurazioni, poste a confronto con la simulazione di riferimento della sola PSA, si è osservato che molte combinazioni permettono di ottenere un risultato migliorativo rispetto al caso base e rispettano l’obiettivo target di purezza del 99,99% e di recovery dell’H2 superiore al 53%. Per una valutazione economica del processo è stata effettuata una stima dei costi capitali e operativi delle migliori configurazioni e correlandoli ai ricavi derivanti dalla vendita del prodotto puro sono stati ottenuti i possibili guadagni netti. I risultati ottenuti si ritiene siano promettenti per successive indagini e future applicazioni nel campo, ad oggi di grande interesse e in crescente espansione, della purificazione dell’idrogeno e non solo.