CAPITOLO 2: IDROGENO DA COMBUSTIBILI SOLIDI CAPITOLO 1: PROCESSI DI PRODUZIONE DI IDROGENO SCOPO DELLA TESI……………………………………………… INDICE

(1)

INDICE

SCOPO DELLA TESI………

5

CAPITOLO 1:

PROCESSI DI PRODUZIONE DI IDROGENO

1.1

Introduzione……….8

1.2

Principali processi commerciali attualmente in uso per la produzione di Idrogeno……..10

1.3

Approfondimento sui principali sistemi di produzione dell’Idrogeno………...12

1.3.1

Steam Reforming Catalitico………..13

1.3.2

Elettrolisi dell’acqua……….19

1.3.3

Ossidazione parziale non catalitica di idrocarburi………21

1.3.4

Gasificazione del Carbone………24

1.3.5

Pirolisi e gasificazione delle Biomasse……….25

1.3.6

Processi ad energia solare……….27

CAPITOLO 2:

IDROGENO DA COMBUSTIBILI SOLIDI

2.1

Gasificazione del Carbone………30

2.2

Reattoristica………...32

2.2.1

Reattori a letto trascinato………38

2.2.2

Reattori a letto fluido………..39

2.2.3

Reattori a letto fisso………45

2.2.4

Gasificatori indiretti………51

2.3

Caratteristiche del processo di Gasificazione.………...54

2.4

Gasificazione di Rifiuti……….56

2.4.1

Schema di un processo di Gasificazione dei Rifiuti………..60

2.5

Gasificazione di Biomasse………68

2.5.1

Processi Termochimici………..69

(2)

2.5.2

Schema di un processo di Gasificazione delle Biomasse………77

CAPITOLO 3:

TRATTAMENTI DEL SYNGAS PER LA PRODUZIONE DI

IDROGENO

3.1

Processo di produzione di Idrogeno……….79

3.2

Pulizia del Syngas………80

3.3

Reattore di shift………81

3.4

Separazione dell’Idrogeno………...84

3.5

Ricerca e sviluppo………....84

3.5.1

Processo complessivo………..84

3.5.2

Reazione di Water Gas Shift (WGSR)………...85

3.5.3

Separazione dell’idrogeno………85

3.5.4

Purezza dell’idrogeno………..86

CAPITOLO 4:

WGSR (STATO DELL’ARTE)

4.1

Caratteristiche della WGSR………..88

4.2

Processo attualmente più utilizzato per la produzione industriale di Idrogeno mediante WGSR………...88

4.3

Studi ed approfondimenti finalizzati all’aumento della resa in Idrogeno nei processi che fanno uso della WGSR………..91

4.3.1

Lavori su Reattori ed apparecchiature per lo studio della WGSR su scala di laboratorio o su scala pilota……….92

4.3.2

Produzione di idrogeno mediante processi comprendenti la WGSR…………102

4.3.3

Membrane Catalitiche applicate alla WGSR……….117

4.3.4

Studi focalizzati sull’attività catalitica di Catalizzatori tradizionali e non……131

4.4

Discussione sui metodi ritenuti più efficaci utilizzati per la WGSR……….168

4.4.1

Metodo Tradizionale………..168

4.4.2

Metodo alternativo che si basa sull’utilizzo di nuovi catalizzatori………169

(3)

4.4.3

Metodo alternativo che si basa sull’accorpamento di più processi in un unico

reattore………...172

4.4.3.1

In Fase Solida………..172

4.4.3.2

In Fase Liquida………174

4.4.4

Metodo alternativo che si basa sull’utilizzo di Membrane Catalitiche………..175

4.4.4.1

Membrane in leghe Pd–Ag………..176

4.4.4.2

Membrane siliciche a setaccio molecolare………..178

4.4.4.3

Membrane microporose inorganiche (ceramiche e al carbone)……...178

4.5

Tabella riassuntiva………..179

CAPITOLO 5:

SVILUPPO DI UN MODELLO PER L’OTTIMIZZAZIONE DELLA

WGSR (Water Gas Shift Reaction)

5.1

Descrizione del Contesto Generale in cui si inserisce il Modello sviluppato…………180

5.1.1

Gasificazione………..181

5.1.2

Trattamenti primari eseguiti sul Syngas………183

5.1.3

Sezione di Shift………..183

5.1.4

Separazione dell’Idrogeno……….184

5.2

Sviluppo del modello per la progettazione di massima del Reattore di WGSR………185

5.2.1

Soluzione Impiantistica………..188

5.2.2

Scelta dei Catalizzatori………...190

5.3

Studi su Catalizzatori (a base di Cu e Cu/Zn) per la WGSR condotta a bassa T……....194

5.3.1

Analisi di Sensitività sui Catalizzatori, a base di Cu e Cu/Zn, utilizzati per la WGSR condotta a bassa T……….202

5.4

Studi sul catalizzatore (a base di Fe/Cr) per la WGSR condotta ad alta T……….214

5.4.1

Analisi di Sensitività sul Catalizzatore a base di Fe/Cr utilizzato per la WGSR ad alta T………...217

5.5

Configurazione di due reattori in serie………225

5.6

Confronto fra la Configurazione dei Reattori in serie e quella dei Singoli Reattori, operanti alle loro Condizioni Ottimali……….231

(4)

5.6.1

Reattore Tubolare Cilindrico, per la WGSR ad alta T, con Catalizzatore Fe2O3/Cr2O3………...232

5.6.2

Reattore Tubolare Cilindrico, per la WGSR a bassa T, con Catalizzatore ICI-Cu/ZnO/Al2O3………234

5.6.3

Reattori Tubolari Cilindrici in Serie operanti a diverse T, con Catalizzatori: 1) Fe2O3/Cr2O3……….235