INDICE I
Indice
Indice ... I
Introduzione ... 1
Capitolo 1.
L’IDROGENO ... 3
1.1.
L’idrogeno come “vettore energetico” ... 3
1.2.
Tecnologie di produzione dell’H
2... 8
1.2.1. Elettrolisi dell’acqua ... 9
1.2.2. Steam reforming del gas metano (SMR) ... 14
1.2.3. Gassificazione del carbone ... 17
1.2.3.1. Il carbone ... 17
1.2.3.2. Generalità ... 18
1.2.3.3. Reattori di gassificazione ... 22
1.2.3.4. Sistema IGCC (integrated coal gasification cycle) ... 29
1.2.3.5. Il Syngas ... 31
1.2.4. Ossidazione parziale non catalitica di idrocarburi ... 32
1.2.5. Idrogeno da biomassa... 34
1.2.6. Tecnologie fotoelettrochimiche ... 37
1.2.7. Tecnologie innovative ... 38
1.3.
Trasporto e stoccaggio dell’idrogeno ... 39
1.3.1. Il trasporto ... 39
1.3.2. Lo stoccaggio ... 40
1.3.2.1. Immagazzinamento di idrogeno gassoso sotto pressione ... 40
1.3.2.2. Immagazzinamento di idrogeno liquido ... 41
1.3.2.3. Immagazzinamento di idrogeno per assorbimento chimico ... 42
1.3.2.4. Nanotubi di Carbonio ... 42
1.3.2.5. Microsfere di vetro ... 43
1.3.3. Sicurezza ... 44
1.4.
Impieghi dell’idrogeno ... 46
1.4.1. Sintesi dell’ammoniaca ... 46
1.4.2. Idrogenazione dei grassi e degli oli ... 47
1.4.3. Produzione di metanolo ... 49 1.4.4. Celle a combustibile ... 50 1.4.5. Motori Stirling ... 56 1.4.6. Microturbine ... 59 1.4.7. Sistemi fotovoltaici ... 61 1.4.8. Altre applicazioni ... 62
Capitolo 2.
MEMBRANE PER LA SEPARAZIONE DI H
2DA GAS DI SINTESI ..
... 63
2.1.
Metodi principali per la separazione di gas ... 63
2.1.1. Separazione criogenica ... 63
2.1.2. PSA (pressure swing adsorption) ... 64
INDICE
II
2.2.
Tipologie di membrane commerciali ... 68
2.2.1. Membrane polimeriche ... 69
2.2.2. Membrane metalliche dense ... 72
2.2.3. Membrane ceramiche microporose ... 76
2.2.4. Membrane ceramiche dense ... 79
2.2.5. Membrane composite ... 82
Capitolo 3.
Metodi di produzione di membrane sottili dense al Pd ... 84
3.1.
Le membrane sottili dense al palladio ... 84
3.2.
Metodi di deposizione di film di palladio ... 88
3.2.1. Chemical Vapour Deposition ... 88
3.2.2. Spray Pyrolysis ... 90
3.2.3. Sputter Deposition ... 91
3.2.4. Electroplating ... 92
3.2.5. Electroless plating ... 93
Capitolo 4.
Preparazione di membrane al Pd tramite ELP ... 99
4.1.
Supporti utilizzati ... 99
4.2.
Reagenti e apparecchiature utilizzate ... 101
4.3.
Fasi di preparazione delle membrane ... 104
4.3.1. Lavaggio ad ultrasuoni ... 104
4.3.2. Ossidazione superficiale ... 105
4.3.3. Pretrattamento di Sensibilizzazione-Attivazione ... 105
4.3.3.1. Sensibilizzazione-Attivazione dei supporti a disco ... 107
4.3.3.2. Sensibilizzazione-Attivazione dei supporti tubolari ... 107
4.3.4. Trattamento di Deposizione di palladio ... 110
4.3.4.1. Deposizione di Pd sui supporti a disco... 112
4.3.4.2. Deposizione di Pd sui supporti tubolari ... 113
4.3.5. Prove di permeazione e tenuta con azoto ... 114
Capitolo 5.
Risultati ottenuti ... 116
5.1.
Membrane a disco ... 116
5.2.
Membrane tubolari ... 127
5.3.
Confronto tra dischi e tubi ... 129
Capitolo 6.
Progettazione dell’apparato sperimentale ... 133
6.1.
Descrizione generale ... 133
6.2.
Dimensionamenti e strumentazione scelta ... 137
6.2.1. Dimensionamento delle tubazioni ... 137
6.2.2. Selezione regolatori, valvolame e raccordi ... 138
6.2.2.1. Valvole di intercettazione a sfera ... 138
6.2.2.2. Regolatori di portata massiva a conducibilità termica ... 139
6.2.2.3. Misuratore di portata massiva di idrogeno a conducibilità termica ... 141
6.2.2.4. Valvola di contropressione retentato ... 142
6.2.2.5. Valvola di regolazione a spillo per la riduzione della pressione ... 143
6.2.3. Bombole per l’alimentazione dei gas ... 144
6.2.4. Prima fase di riscaldamento del gas e camera di evaporazione dell’acqua ... 145
6.2.5. Seconda fase di riscaldamento del gas ... 147
INDICE
III
6.2.7. Raffreddamento dei gas ... 151
6.2.7.1. Scambiatore di calore ... 152
6.2.7.2. Separatori di condensa ... 153
6.2.7.3. Criostato ... 153
