Analysis of possible applications of a new process for oxygen enriched air production

Enriched air, that is air with a higher content of oxygen respect to atmospheric air, is nowadays object of numerous studies due to problems related to environmental pollutions and for process intensifications. In this context this thesis work, realised under the supervision of SUPER (SUstainable Process Engineering Reaserch) group of the Department of Chemistry, Materials and Chemical Engineering “Giulio Natta” of Politecnico di Milano, has the aim of analysing and evaluating the feasibility and economic sustainability of a new process for the production of enriched air with low level of enrichment (around 30% of O2). This new process seems to be, in the first instance, a very good alternative to traditional methods of producing EA, due to very few equipments present, and so was studied in depth. This new process was applied to different industrial sectors, in particular was selected: naval sector, with application to cargo ship engine, medical sector, to produce medical air for patient who needs particular therapies and Claus process, to improve the productivity of an existing plant. In this thesis work the new process was modelled (using Matlab) or simulated (using Aspen Hysys) depending on circumstances of the particular case analysed. After simulations, equipments was sized and the total cost of the new process was evaluated. In the end, the results obtained was compared with the cost of production of EA with the same composition of the one produced with the new plant in order to verify if the new plant was really economic advantageous.

L’aria arricchita, che ha un contenuto di ossigeno superiore rispetto all’aria atmosferica, è oggigiorno oggetto di numerosi studi a causa dei problemi collegati all’inquinamento ambientale e all’intensificazione dei processi. In questo contesto, questo lavoro di tesi, realizzato sotto la supervisione del gruppo SUPER (SUstainable Process Engineering Reaserch) del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica del Politecnico di Milano, ha lo scopo di analizzare e di valutare la realizzabilità e la sostenibilità economica di un nuovo processo per la produzione di aria arricchita con un basso livello di arricchimento (intorno al 30% di O2). Questo nuovo processo sembra essere, in prima istanza, una alternativa molto interessante rispetto ai tradizionali metodi di produzione di EA, a causa delle poche apparecchiature presenti all’interno dell’impianto stesso, ed è quindi stato studiato in modo approfondito. Questo nuovo processo è stato applicato a differenti settori industriali, in particolare sono stati scelti: il settore nautico, in cui è stata applicato ai motori delle navi cargo, il settore medico, con la produzione di aria medicale per pazienti che necessitano di terapie particolari e al processo Claus, per migliorare la produttività di impianti già esistenti. In questo lavoro di tesi il nuovo processo proposto è stato modellato (usando Matlab) o simulato (usando Aspen Hysys) a seconda delle circostanze del particolare caso analizzato. Dopo le simulazioni, le varie apparecchiature presenti nell’impianto sono state dimensionare e sono stati calcolati i costi totali relativi al nuovo impianto. Infine, i risultati ottenuti sono stati confrontati con i costi relativi alla produzione di EA con la stessa composizione di quella prodotta dall’impianto proposto in modo da verificare se il nuovo metodo di produzione sia effettivamente economicamente vantaggioso.