Sistemi di purificazione e cattura post combustione della CO2 in impianti a ciclo combinato integrati con celle a combustibile a carbonati fusi

Within the framework of the power plants with carbon capture and sequestration system, the present study analyzes an innovative plant which is composed of a classic combined cycle integrated with a molten carbonate fuel cell stack. Fuel cells are an active component that allows for the separation of carbon dioxide from the exhaust gases without decreasing the plant’s power output, unlike the usual post-combustion capture system. Focusing on the separation system that makes it possible to recover the fuel gases from the CO2 stream, a cryogenic plant was designed which uses some refrigeration cycles to separate the gases, a complete analysis of the performance is carried out and then compared with that of an existing system with different characteristics. The integration of both different systems with the power plant is analyzed in some different configurations. In the second part of the work the cryogenic separation system is substituted with a hydrogen separation membrane; the possible plant configuration is evaluated and the final performances are compared with those of the previously studied plants.

Nell’ambito della filiera di impianti di produzione di energia dotati di sistema di cattura e sequestro della anidride carbonica si è analizzato un impianto innovativo composto da un classico ciclo combinato integrato con una batteria di celle a combustibile a carbonati fusi (MCFC). Le celle a combustibile costituiscono un componente attivo e permettono di separare l’anidride carbonica dal flusso di gas di scarico senza ridurre la potenza dell’impianto, a differenza dei sistemi di cattura post-combustione normalmente impiegati. Nel lavoro di tesi si è focalizzata l’attenzione sul sistema di separazione che permette di recuperare i gas combustibili presenti nella corrente di CO2. A tale scopo è stato ideato un impianto criogenico che utilizza cicli frigoriferi per la separazione dei gas eseguendo un’analisi completa delle prestazioni, le quali sono state poi confrontate con quelle di un impianto di differenti caratteristiche già esistente. È stata poi studiata l’integrazione di entrambi gli impianti al ciclo di potenza in differenti configurazioni. In una seconda parte del lavoro è stato invece sostituito il sistema di separazione criogenico con una membrana in grado di separare l’idrogeno, si è valutata la possibile configurazione dell’impianto e ne sono state confrontate le prestazioni con quelle degli impianti precedentemente analizzati.