Schemi a cascata su tutto l'esame di PCI

H₂

Generali:

• Costituente aria
• Densità
• Potere calorifico per unità di massa
• 76.11% / 0.89
• altro
• contro
• O₂/CH₄

• No fonte energia
• Vettore energetico

• Materie prime per la produzione
• Fonte di energia
• Fossili
• CH₄
• Rinnovabili vari
• H₂O
• Biomasse

• Applicazioni ad alto rendimento
• Fuel cell
• Rendimento del 60%

• Consumo di H₂
• 54% NH₃
• 35% carburante

• Produzione H₂
• Fonti principali
• Petrolio (34%)
• Gas naturale (47%)
• Gasificazione (III)
• Meno importante (costosa)
• Fonti green (fotovoltaico / nuclei solari)
• Processi termosintesi

Rendimento dei processi di produzione

1. Steam Methane Reforming (SMR) → 86%
2. Gassificazione del carbone → 59%
3. Elettrolisi H₂O → 30%
4. Decomposizione termo chimica di H₂O → 21%
5. Cracking CH₄ → 70% / Alta efficienza ma non trova applicazione industriale

Catattizzatori di steam reforming

• Tradizionali
  • Sono di tipo cilindrico con dei fori al centro
  • Buono scambio di calore e diffusione, riduce resistenza di trasporto nelle reazioni, maggiore stabilità in mantenere ambiente superficie contro temp. gas e cat.
• Dimensioni
  • 2 cm di Ø x 1 cm lunghezza
• Supporto
  • Più viene bagnato più è impregnato (fase attiva)
  • Costituito da allumina resa basica da H₂O e composti del calcio
• Catalizzatore basico
  • Favorire la reazione di gasificazione
  • Desolforare C sul catalizzatore

Limiti del Processo

1. Termodinamici
   • No conversioni al 96%, dolore lavoro _deve lavorare a T: -140°C
2. Problemi Diffusionali e di trasferimento termico
   • Supporti di allumina + struttura abbastanza compatte e poco porose
3. Disattivazione del Catalizzatore

Cause

1. Reazione di equilibrio endo
2. Catalizzatore di grosse dimensioni
3. Formazione del carbonio
   • Deve essere almeno 3 µm (di silice _SiO2, migliore altro)
   • Ø cilindro 2 cm + tubo 4 cm

Attivazione

• Il catalizzatore si trova fase ossidata di nickel non attiva
  • Per attiverlo effettui una riduzione con corrente H₂ in N₂
  • T=400-150°C
  • Continua fino a che in uscita T non aumenta
• Processo di riduzione è esotermico
  • Al termine del letto finisce attivazione
  • Iniettando il vapore finché non utilizzo solo corrente H₂

GASSIFICAZIONE

Reazione base = C + H₂O ↔ CO + H₂

Il combustibile non prende parte alla produzione

CARBONE ➔ INQUINANTE ➔ ECONOMICO

• Applicazioni in Cina
• Usato in Europa 100 anni fa ➔ Produzione gas di città H₂CO

1 volta si bruciava e non veniva attaccato da H₂S

• Reazione endotermica ➔ Carbone si raffredda velocemente
• Problemi superati aumentando il ritmo del processo

• Serbatoio di accumulo ➔ Gasometro
• Lavorava a patì ➔ Problema ➔ Sistema chiavistello

PASSAGGIO A PROCESSO CONTINUO

• Trattare il carbone con miscela liquida
• Disperso in un liquido pesante come per PVC

SOLO POSSIBILI 3 PROCESSI

1. A CORRENTI INCROCIATE (quasi letto fisso)
   • Reattore in controcorrente
   • Gas: consumo O₂ ➔ bruciatura in cima
   • Vantaggi ➔ Buon trasferimento da calore ➔ bisogno letto alto che TR
   • Svantaggi ➔ Necessaria molta ES ➔ spreca molta energia
2. Processo ➔ Letto fuso
   • Gassificatore Winkler ➔ Il letto non fluidifica
   • Non utilizza O₂ va verso produzione ➔ diffusione cenere
   • Vanno tempra per variata resto
   • Se uso vapore ➔ gassificazione ➔ produco CO + H₂
   • Se uso aria ➔ produco CO₂, CO, H₂
     • Vantaggi ➔ Non consumo O₂ ➔ nessun rischio condensazione ridonne risorse convogliando CH₄ nel gas e viceversa, nessun <= favorita energia
     • Svantaggi ➔ A fine separo, lascio energia ➔ riempie ni sistema ➔ formulazioni necessarie
     • Particelle ➔ vantaggi quelli diversi attendo nelle celle ➔ vapore carbone
     • Nessuna perdita ➔ Risparmio nel movimento ➔ riempimento ➔ dispendio nel rendimen_to ➔ ritengo necessarie da fornitura moderata ➔ no produzione energia

Assorbimento CO₂

Assorbimento o adsorbimento?

• Avviene in massa
• Avviene in superficie solida
• Utilizzo H₂O
  • Fasi non controllabili
  • Processo discontinua
  • Assorbimento fisico
    • Reazione di CO₂ + H₂O
  • CO₂ viene assorbita via H₂O
    • Rigenerazione H₂O essenziale in valvola o toruva

• Avviene sporadicamente
• Ingresso di gas in torre
  • Processo esotermico
  • T_OX = 40-120 °C

Problemi e grosse quantità H₂O che circolano, nebbia, costi energetici

Miglioramenti

1. Utilizzo gas deboli NH₃ o CO₂ + H₂O → NH₃
2. Sorbito cloruro di Na, rigenerato dal Na₂CO₃
3. Alta solubilità

Se aumenta terra → reazione termica, aumento K₂CO₃

1. Gas entra in due casi
2. A metà colonna inizio corrente con contrappunto rigenerato da Na₂CO₃
3. Buona parte in CO₂ +
   • Ingresso gas
     • Gas, H₂O circolante

Assorbimento fisico con C₁ per alte del 50%