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Sviluppo e caratterizzazione di membrane di Pd per la separazione di H2 da utilizzare in reattori di Water Gas Shift e reforming del gas naturale

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Sviluppo e caratterizzazione di membrane di Pd per la separazione di H2 da utilizzare in reattori di Water Gas Shift e reforming del gas naturale

Membrane composite al palladio con spessore di 10-20 micron, ottenute mediantedeposizione da soluzione su supporto di acciaio inossidabile macroporoso modificato con barriera anti-diffusiva, utilizzate per reazioni di Water Gas Shift del gas di sintesi e reforming del bioetanolo a 400°C, in impianto pilota di laboratorio.

Sono state sviluppate membrane composite al palladio con spessore di 10-20 μm, in grado di operare fino a 400°C, utilizzabili per la produzione di H2 e separazione della CO2 nei processi di Water Gas Shift (WGS) del gas di sintesi e di reforming dell’etanolo, in configurazione di reattore a membrana. Le membrane sono ottenute mediante deposizione da soluzione su supporto tubolare di acciaioinossidabile macroporoso con barriera ossidativa. L’attività di sviluppo ha riguardato la messa a punto di una metodologia e un apparato per la selezionedel supporto, l’ottimizzazione del trattamento termico di ossidazione della membrana, test di permeazione delle membrane in gas puri e in miscele di gas in un impianto pilota di laboratorio, prove di WGS del syngas e di reforming del bioetanolo in un reattore a membrana al palladio, caratterizzazionedelle membrane esercite mediante SEM-EDS, spettroscopia Auger e XRD.Nel periodo di riferimento è proseguita l’attività di test su una membrana a barriera ossidativa con spessore di Pd di 20 μm e selettività di 140 a 400°C e DP =5 bar, realizzata all’inizio dell’attuale triennio RdS. Tale membrana, che aveva già accumulato più di 5000 ore di funzionamento, tra 300 e 400°C, ed era stata impiegata per prove di WGS del gas di sintesi, è stata utilizzata per prove direforming di una soluzione di bioetanolo, alla temperatura di 400°C. Mediante selezione del supporto con bubble test e ottimizzazione del trattamento termico, si è ottenuta una membrana con spessore 11 μm di Pd che presenta una difettosità molto inferiore a quella delle membrane preparate in precedenza e prestazioni, in termini di selettività (3900 a 400°C e Dp=5 bar), comparabili alle membrane in via di sviluppo nei principali laboratori nel mondo. E’ stata inoltre verificata la fattibilità di membrane composite al palladio con barriera ceramica, in grado di operare a temperature più elevate (500-550°C) rispetto alle membrane con barriera ossidativa, potenzialmente utilizzabili per reazioni di reforming del gas naturale. In particolare si è verificato che si può ottenere un film uniforme di palladio dello spessore di 10-15 μm sullo strato barriera di allumina depositato su supporti tubolari di AISI 316L. Si è controllata la stabilità delle membrane in prove di permeazione in gas singoli (H2, N2, He), in un impianto pilota di laboratorio. La membrana ha operato per due cicli, per oltre 1500 ore tra 300 e 500°C, di cui circa 550 ore in H2 a 500°C.

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