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PROGRAMMA DI RICERCA 2004
italiano - english
Unità di Ricerca
- Politecnico di TORINO
SCIENZA DEI MATERIALI E INGEGNERIA CHIMICA
TORINO(TO) - Università degli Studi de L'AQUILA
CHIMICA, INGEGNERIA CHIMICA E MATERIALI
L'AQUILA(AQ) - Università degli Studi di SALERNO
INGEGNERIA CHIMICA E ALIMENTARE
FISCIANO - SALERNO(SA) - Università degli Studi di GENOVA
"INGEGNERIA CHIMICA E DI PROCESSO "G.B. BONINO""
GENOVA(GE) - Università degli Studi di UDINE
SCIENZE E TECNOLOGIE CHIMICHE
UDINE(UD) - Politecnico di MILANO
CHIMICA, MATERIALI E INGEGNERIA CHIMICA
MILANO(MI)
Programmi di ricerca simili:
- 1 - Materiali nanostrutturati a base di idrotalciti sintetiche, fosfati e ossidi porosi e loro impiego nella conversione catalitica del metanolo in miscele ricche di idrogeno e a basso tenore di ossido di carbonio.
- 2 - Materiali e sistemi catalitici innovativi per la produzione di idrogeno ad elevata purezza mediante reforming di metanolo ed etanolo
- 3 - Catalizzatori nanostrutturati per lo sviluppo di un processo sostenibile di produzione di idrogeno di piccola-media scala
- 4 - Nuovi catalizzatori redox per nuove tecnologie reattoristiche
- 5 - Combustione catalitica confinata in microspazi
- 6 - Processi sostenibili di 2a generazione di produzione H2 da sorgenti rinnovabili
- 7 - Nuovi processi catalitici eco-sostenibili basati sulla sintesi di H2O2 da H2/O2 e suo uso integrato in processi di ossidazione selettiva e depurazione di emissioni.
- 8 - Sintesi organiche ecosostenibili mediate da nuovi sistemi catalitici
- 9 - NUOVI APPROCCI CATALITICI E TECNICHE DI RIGENERAZIONE INNOVATIVE PER IL CONTROLLO DELLE EMISSIONI DI NANOPARTICELLE DA MOTORI DIESEL
- 10 - Reazioni regio- e stereoselettive catalizzate da metalli di transizione per processi innovativi nella sintesi di fine chemicals
Classificazione scientifico-disciplinare
- Area scientifico disciplinare: Ingegneria industriale e dell'informazione
Classificazione brevettuale
- CHEMISTRY; METALLURGY
- INORGANIC CHEMISTRY (processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products C04B35/00; fermentation or enzyme-using processes for the preparation of elements or inorganic compounds except carbon dioxide C12P3/00; obtaining metal compounds from mixtures, e.g. ores, which are intermediate compounds in a metallurgical process for obtaining a free metal C21B, C22B; production of non-metallic elements or inorganic compounds by electrolysis or electrophoresis C25B)
- NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; [N: METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C] [C9510]
- INORGANIC CHEMISTRY (processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products C04B35/00; fermentation or enzyme-using processes for the preparation of elements or inorganic compounds except carbon dioxide C12P3/00; obtaining metal compounds from mixtures, e.g. ores, which are intermediate compounds in a metallurgical process for obtaining a free metal C21B, C22B; production of non-metallic elements or inorganic compounds by electrolysis or electrophoresis C25B)
- MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING ENGINES OR PUMPS
- MACHINES OR ENGINES IN GENERAL (combustion engines F02; machines for liquids F03, F04); ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES ([N: evacuation of fumes from the area where they are produced B08B15/00; arrangement of exhaust or silencing apparatus on percussive tools B25D17/12]; arrangements in connection with gas exhaust of propulsion units in vehicles B60K13/00, [N: on ships or other waterborne vessels B63H21/32, on aircraft B64D33/04; arrangement of exhaust or silencing apparatus on firearms F41A21/30; ground installations for reducing aircraft engine or jet noise B64F1/26; silencers specially adapted for steam engines F01B31/16; air-intake silencers for gas turbine or jet propulsion plants F02C7/045; jet pipe or nozzles for jet propulsion plants F02K]; combustion-air intake silencers specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines F02M35/00; [N: combating noise or silencing in positive displacement machines or pumps F04B39/00D, in rotary-piston machines or pumps F04C29/06, in non-positive displacement pumps F04D29/66; means in valves for absorbing noise F16K47/02; noise absorbers in pipe system F16L55/02; conducting smoke or fumes from various locations to the outside F23J11/00; means for preventing or suppressing noise in air-conditioning or ventilation systems F24F13/24]; protecting against, or damping, noise in general G10K11/16)
- MACHINES OR ENGINES IN GENERAL (combustion engines F02; machines for liquids F03, F04); ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
Classificazione geografica
- Regione: Piemonte
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Parole Chiave
IDROGENO; CATALIZZATORE STRUTTURATO; SCAMBIATORE DI CALORE; IDROCARBURI LEGGERI; STEAM REFORMING; OSSIDAZIONE CATALITICA PARZIALE; WATER GAS SHIFT; OSSDAZIONE PREFERENZIALE DEL CO; COMBUSTIONE CATALITICASISTEMI CATALITICI STRUTTURATI, ULTRA-COMPATTI E TERMICAMENTE INTEGRATI PER LA PRODUZIONE DI IDROGENO
Politecnico di TorinoAbstract
Il progetto di ricerca prevede lo studio di aspetti catalitici, reattoristici e di processo relativi ai diversi stadi di produzione di H2 a partire da idrocarburi leggeri (HC) per celle a combustibile a membrana polimerica (PEMFC) per applicazioni veicolari e residenziali. E' previsto un primo stadio di reforming (Steam Reforming - STR - o Catalytic Partial Oxidation - CPO), in grado di trasformare la carica idrocarburica in gas di sintesi, uno stadio di conversione di CO tramite Water Gas Shift (WGS), necessario alla riduzione della concentrazione di CO fino a poche migliaia di ppm con parallela produzione di H2, uno stadio di ossidazione preferenziale del CO (CO PROX) necessario alla sua riduzione fino a 50 ppm (tollerabili dagli anodi delle PEMFC), ed infine uno stadio di combustione catalitica (CC) del gas di scarico dal compartimento anodico delle celle (H2: 5-7%) al fine di recuperarne il contenuto termico per il preriscaldamento dei reagenti del reforming.Si mirerà in ultima analisi alla realizzazione i prototipi di scala di laboratorio di reattori catalitici ultra-compatti e multifunzionali che accoppino alla reazione chimica uno scambio termico secondo le seguenti tre modalità e tipi di reattore:
1) Reattori con raffreddamento interno per il controllo di reazioni esotermiche (WGS e CO PROX);
2) Reattori con reazioni esotermiche ed endotermiche accoppiate attraverso scambio termico indiretto (STR e CC del gas di scarico dal'anodo della cella); >>>
Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Vito SPECCHIA Politecnico di TORINOObiettivo del Programma di Ricerca
L'uso di tecnologie basate su celle a combustibile in ambito autoveicolistico può portare a raggiungere emissioni nulle o praticamente tali all'opposto di quanto ottenibile con i motori a combustione interna. Per altro, la generazione combinata di calore e potenza elettrica su piccola scala basata su celle a combustibile di potenza superiore a 100 kW sembra essere un altro mercato emergente per applicazioni stazionarie come ospedali, uffici e abitazioni [P.O. Gray, M.I. Petch, Platinum Metals Rev. 44 (2000) 108]. Le celle a membrana a scambio protonico (Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC) alimentate ad idrogeno sembrano essere le più promettenti per impieghi sia mobili sia fissi, grazie alla loro compattezza, basso peso, alta modularità, alta densità di potenza, buona efficienza e rapidità di risposta [T.R. Ralph, O.A. Hards, Chem. Ind. 9 (1998) 337]. Le condizioni operative delle PEMFC richiedono la continua disponibilità di H2, il cui trasporto e stoccaggio sono i maggiori problemi che si presenteranno quando l'idrogeno sarà direttamente usato in queste applicazioni. Si è posta così un'attenzione crescente in sistemi di conversione in idrogeno di idrocarburi mediante operazioni di reforming e purificazione successiva dell'idrogeno ottenuto dalla presenza di CO (veleno per gli anodi a base di Pt delle PEMFC). Tali processi, di natura essenzialmente catalitica, si suddividono in fasi successive così riassumibili:1) REFORMING: nel presente progetto si >>>
Risultati parziali attesi
Steam reforming (UNISA)• incrementare l'attività catalitica per la produzione di H2 da idrocarburi leggeri onde ridurre la temperatura operativa;
• incrementare la stabilità termica del catalizzatore rispetto alla sinterizzazione
• ridurre la disattivazione del catalizzatore da coking a più bassi rapporti vapore/idrocarburo
• valutare in via preliminare le tecniche di deposizione dei migliori catalizzatori per STR e combustione catalitica di miscele H2/HC su lamine metalliche.
Ossidazione parziale (POLIMI)
- messa a punto di catalizzatori Rh/supportati e di materiali perovskitici con Rh in struttura.
- valutazione della cinetica di reazione dei suddetti catalizzatori in un reattore anulare
- allestimento di un impianto di test con un reattore autotermico del tipo 3
- preparazione di catalizzatori strutturati per il suddetto reattore autotermico.
Water Gas Shift (UNIUD)
- studio dell'attività catalitica in condizioni stazionarie
- determinazione di procedure modello e reali di invecchiamento
- preparazione e caratterizzazione di campioni invecchiati.
Ossidazione preferenziale del CO (POLITO)
- sviluppo di catalizzatori CO-PROX a base di metalli nobili (Pt, Ru, Au) su zeoliti o supporti convenzionali (es. Allumina);
- deposizione dei migliori catalizzatori su piatti per scambiatori di >>>
Durata
24 mesiBase di partenza scientifica nazionale o internazionale
L'idrogeno combustibile ideale per PEMFC presenta alcuni svantaggi: assenza di infrastrutture per il rifornimento, ingombro per lo stoccaggio a bordo veicolo e relativa sicurezza [1,2].L'H2 può però essere prodotto a bordo a partire da idrocarburi [3], con un complesso sistema di alimentazione, produzione e purificazione detto "Fuel Processor", costituito da una serie di stadi catalitici.
Possono essere usati due processi (Figg. 2 e 3): steam reforming (STR) CnHm+nH2O
nCO+(n+m/2)H2 [4] e ossidazione catalitica parziale(CPO) CnHm + n/2 O2 nCO + m/2 H2 [5]. Il primo è endotermico e necessita di un apporto di calore, mentre con il secondo è esotermico ma porta a H2 meno concentrato. Un terzo processo, reforming autotermico, non considerato in questo progetto che si occupa di STR e CPO, combina in diverse proporzioni i due precedenti.
Fig. 2. Schema di produzione di idrogeno basato su STR.
Fig. 3. Schema di produzione di idrogeno basato su CPO.
Il flusso dal Reforming contiene notevoli quantità di CO, veleno per le PEMFC che richiedono < 10 ppm in quanto, alla loro temperatura operativa (80-100°C), CO viene fortemente chemisorbito sui siti attivi del catalizzatore anodico bloccando la dissociazione dell'H2 [6,7]. Pertanto all'uscita del Reforming vi è l'unità di Water-Gas Shift (WGS) (CO+H2O
CO2+H2) [8], che riduce il >>>
