Oksy- spalania paliwa proces jest spalinowy która tlenu (O 2 ) jest używana bezpośrednio jako utleniacz zamiast po prostu powietrza . Wykluczając azot ze spalania, temperatura płomienia znacznie wzrasta i ogranicza ilość powstającego dymu, a także produkcję NOx .
Często mówimy o spalaniu w tlenie, gdy tylko zawartość tlenu w utleniaczu przekroczy 90-95%, co jest wartością wystarczającą do wytworzenia spalin, często prawie 10 razy bogatszych w CO 2 niż konwencjonalne spaliny po spalaniu.
Palny kopalne zawierają zasadniczo węgiel (C), wodór (H) oraz mniejsze proporcje tlenu (O), przy czym atom azotu (N) z siarką (S) i śladowe ilości różnych innych elementów.
Gdy paliwa te spalane są w powietrzu (składającym się z azotu (N 2) na około 79% i tlen (O 2) na około 21%), ten ostatni reaguje ze składnikami paliwa dając dwutlenek węgla, parę wodną (H 2 O), dwutlenek siarki (SO 2) i tlenki azotu . Azot znajdujący się w powietrzu nie bierze udziału w reakcji (poza tym, że może ulegać częściowej dysocjacji w wysokiej temperaturze i również dawać NOx) i znajduje się w spalinach. Dlatego składają się one głównie z azotu, pary wodnej i dwutlenku węgla, a pozostałe składniki występują tylko w mniejszych ilościach.
Te ostatnie, znaczące zanieczyszczenia, można wyeliminować w wyniku reakcji chemicznej: dwutlenek siarki w reakcji z wapieniem lub wapnem , dając następnie siarczan wapnia (CaSO 4); NOx można zredukować poprzez reakcję z amoniakiem . Chemiczne usuwanie dwutlenku węgla jest trudniejsze. Jednak gaz ten jest gazem cieplarnianym i jest uważany za główny czynnik przyczyniający się do globalnego ocieplenia .
Spośród badanych technik ekstrakcji oparów spalania i lepszego zarządzania dwutlenkiem węgla obiecujące wydaje się spalanie tlenowe.
Spaliny (w powietrzu) składają się głównie z azotu (N 2), para wodna (H 2 O) i dwutlenek węgla (CO 2), łatwo jest usunąć parę wodną poprzez skroplenie oparów i zebranie wody w postaci ciekłej. Główna trudność dotyczy oddzielenia azotu i dwutlenku węgla. Spalanie tlenowe, przy użyciu czystego tlenu zamiast powietrza, wytwarza tylko dwa główne składniki gazów spalinowych: dwutlenek węgla i parę wodną. Po usunięciu wody przez kondensację pozostaje tylko dwutlenek węgla. Jednak ten gaz nie jest czysty: są tam również śladowe ilości argonu i dwutlenku siarki (SO 2) z siarki zawartej w paliwie i pozostałej części niezużytego tlenu (ogólnie ≤ 7%)
Spalanie w czystym tlenie podnosi temperaturę płomienia do poziomu, jakiego nie są w stanie wytrzymać konwencjonalne urządzenia (piece, piece itp. ). Powstały dwutlenek węgla jest zatem zawracany jako „balast”, aby zastąpić azot w powietrzu. Uzyskuje się w ten sposób gaz (O 2 -CO 2 ), który obniża temperaturę spalania, zwiększa wydajność, jednocześnie wytwarzając spaliny o jeszcze większym stężeniu dwutlenku węgla, w szczególności dzięki gwałtownemu ograniczeniu produkcji tlenków azotu (NOx).
Teoretycznie spalanie paliwa w mieszaninie 21% tlenu i 79% dwutlenku węgla obniża temperaturę do poziomu zbliżonego do spalania w powietrzu. W rzeczywistości nie musimy skrupulatnie przestrzegać tej proporcji (21% / 79%), zwłaszcza że azot i dwutlenek węgla nie mają takich samych właściwości fizycznych (gęstość, emisyjność itp .). Trwają eksperymenty mające na celu optymalizację tej proporcji.
Instalacja do spalania tlenowego obejmuje zatem:
Główną wadą jest jednostka separacji powietrza; W rzeczywistości problem oddzielania azotu i dwutlenku węgla składającego się na spaliny przesuwa się na problem oddzielania azotu i tlenu tworzącego powietrze.
Ta ostatnia technika (separacja kriogeniczna przez destylację frakcyjną ) została opracowana i jest stosowana w przemyśle od dawna, ale jest bardzo energochłonna.
Jednak wychwytywanie dwutlenku węgla jest przedmiotem zainteresowania głównie elektrociepłowni produkujących energię elektryczną, co powoduje jak dotąd największe emisje dwutlenku węgla. Użycie spalania tlenowego obniża sprawność netto elektrowni o 10 do 15 punktów , jeśli weźmiemy pod uwagę moc pochłoniętą do działania jednostki rozdzielania powietrza (to samo dotyczy wszystkich innych testowanych technik wychwytywania dwutlenku węgla).