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rapporti - Deliverable

7.2.1.3-Studio di nuovi catalizzatori ad alte prestazioni per il reforming

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7.2.1.3-Studio di nuovi catalizzatori ad alte prestazioni per il reforming

Nell’ambito di un Sottoprogetto della Ricerca di sistema (RdS), dal titolo "Mitigazione delle emissioni di CO 2 nella generazione di energia elettrica", un tema di interesse è la valutazione di alcune opzioni per la riduzione delle emissioni di CO 2 dagli impianti a ciclo combinato alimentati a gas naturale. Studi precedenti hanno evidenziato che anziché ricorrere all’estrazione della CO 2 dai fumi è preferibile adottare tecniche di decarbonatazione del combustibile. Si evita in tal modo di dover trattare grandi volumi di fumi nei quali la CO 2 è molto diluita. La tecnologia di maggior interesse a tal proposito applicabile è basata sui processi di reforming del gas naturale per la produzione di gas di sintesi (sostanzialmente costituito da idrogeno e CO 2 ), seguiti dalla separazione idrogeno – CO 2 e quindi dall’utilizzo dell’idrogeno come combustibile del TG del ciclo combinato e dall’invio della CO 2 al previsto confinamento. Tra i diversi processi di reforming catalitico disponibili quello energeticamente ed economicamente più promettente è quello cosiddetto "ad ossidazione parziale" (noto anche come POR o POX). In questo contesto la presente attività ha avuto come obiettivo generale lo studio e la valutazione di nuovi catalizzatori ad alte prestazioni adatti per il reforming del gas naturale, ed in particolare lo studio dell’ossidazione parziale tramite sistemi catalitici strutturati innovativi, che consentano di condurre il processo in condizioni autotermiche. L’attività ha comportato in particolare sia l’identificazione dei catalizzatori innovativi e la loro preparazione, sia la caratterizzazione degli stessi in scala di laboratorio nell’ossidazione parziale del metano in reattori a brevi tempi di contatto (SCT). L’interesse è stato subito focalizzato sullo studio di catalizzatori bifunzionali, ossia quelli in grado di promuovere sia reazioni di ossidazione (parziale o totale) del metano, sia reazioni di reforming, e sulla successiva messa a punto di un catalizzatore bifunzionale strutturato a base di rodio e perovskite LaMeO 3 da sottoporre a caratterizzazione e verifiche sperimentali. Con questo catalizzatore, caratterizzato da un basso contenuto di metallo nobile, è stato possibile condurre l’ossidazione parziale del metano a gas di sintesi con selettività molto elevate e prestazioni stabili in reattori a brevi tempi di contatto. L’attività è stata interamente svolta presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica dell’Università Federico II di Napoli. I risultati sperimentali ottenuti suggeriscono l’esistenza di un’interazione favorevole tra le due fasi attive, confermata peraltro dallo studio delle proprietà redox del materiale. In condizioni autotermiche si riescono ad ottenere (senza alcuna formazione di nerofumo), selettività a gas di sintesi pari a circa il 95% in un ampio campo di composizioni.

Il parametro che maggiormente influenza la conversione del metano è il rapporto CH 4 /O 2 della miscela reagente, e ciò vale anche nel caso in cui la reazione è prevalentemente sotto controllo diffusivo. Il sistema catalitico indagato consente di ottenere prestazioni elevate e stabili in condizioni autotermiche di SCT pur impiegando quantità nettamente inferiori sia di catalizzatore che di metallo nobile rispetto allo stato dell’arte. La presenza della perovskite in combinazione con il rodio, favorendo la dispersione del metallo nobile, inibisce la sinterizzazione in condizioni severe di esercizio, evitando così la disattivazione permanente del sistema; inoltre, grazie alle sue proprietà ossidanti che inibiscono la formazione di nerofumo, si evitano anche le disattivazioni temporanee provocate dal coking.

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