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Tesi etd-06182010-114553


Thesis type
Tesi di dottorato di ricerca
Author
BIENTINESI, MATTEO
URN
etd-06182010-114553
Title
Separazione di idrogeno da gas di sintesi mediante membrane
Settore scientifico disciplinare
ING-IND/25
Corso di studi
INGEGNERIA CHIMICA E DEI MATERIALI
Commissione
tutor Prof. Petarca, Luigi
Parole chiave
  • Separazione di idrogeno
  • gassificazione
  • membrane in palladio
  • analisi del ciclo di vita
Data inizio appello
16/09/2010;
Consultabilità
parziale
Data di rilascio
16/09/2050
Riassunto analitico
L’idrogeno è uno prodotti più utilizzati nell’industria chimica, petrolchimica, metallurgica, e la richiesta in tutti questi campi è in costante aumento. Attualmente l’idrogeno viene prodotto principalmente a partire da combustibili fossili attraverso processi di conversione termica che portano alla produzione di una miscela gassosa, detta gas di sintesi, dalla quale l’idrogeno deve essere separato. La tecnologia di separazione con membrane in palladio è una delle più promettenti, in quanto comporta una serie di vantaggi, tra cui un’efficienza di separazione prossima al 100%, elevata permeabilità, e condizioni operative compatibili con i processi di conversione termica dei combustibili fossili a monte della separazione. <br>In questo lavoro, film in palladio e leghe di palladio e argento, con spessori variabili tra 10 µm e 40 µm, sono stati depositati su supporti porosi in acciaio inossidabile, attraverso la tecnica dell’electroless plating. La procedura di preparazione è stata ottimizzata, inserendo due pretrattamenti di abrasione e ossidazione del supporto ed applicando il vuoto sul lato opposto a quello di deposizione durante l’electroless plating, al fine di ottenere una diminuzione della presenza di difetti nel film. Tramite osservazioni al microscopio elettronico, si è studiata l’evoluzione dello spessore e della morfologia superficiale delle membrane con l’aumentare del numero di cicli di deposizione. Le membrane sono state testate in azoto in un apposito apparato sperimentale, al fine di individuare l’eventuale presenza di difetti. I risultati mostrano che, per alcune membrane, un piccolo numero di difetti è presente anche dopo sei cicli di deposizione, probabilmente a causa di discontinuità nella morfologia del supporto. I difetti infatti sono localizzati in prossimità del giunto saldato tra la parte densa e la parte porosa del supporto. L’applicazione del vuoto durante la deposizione, insieme con i pretrattamenti del supporto, si sono dimostrati efficaci nel limitare la presenza di difetti. <br>E’ stato progettato e realizzato un impianto pilota per l’esecuzione di test di permeazione ad alta pressione e temperatura, sia con gas puri che con miscele gassose. Le membrane sono state testate nell’impianto pilota. Si sono registrati, alla temperatura di 450°C e con una pressione parziale transmembranale di 10 bar, flussi di idrogeno permeato di 0.25 mol/m2s, con una selettività rispetto alla CO2 superiore a 5000. Le membrane sono state testate ad alta temperatura per 100-500 h senza alcuna diminuzione significativa delle prestazioni. <br>Sono stati messi a punto due diversi modelli matematici per interpolare i dati sperimentali e simulare la permeazione di idrogeno attraverso le membrane in palladio. L’accordo tra i dati sperimentali e il modello è ottimo. <br>Infine, la metodologia dell’analisi del ciclo di vita è stata applicata all’analisi ambientale sia di scenari di produzione di idrogeno attraverso gassificazione del carbone e successiva separazione con membrane al palladio, sia a scenari di utilizzo dell’idrogeno prodotto per la trazione di autoveicoli. Sono stati individuati importanti benefici ambientali, connessi con l’utilizzo di una risorsa di basso pregio e largamente disponibile come il carbone per la produzione di un combustibile altamente pregiato come l’idrogeno, che può essere utilizzato, con le tecnologie attuali, in motori a combustione interna, ed in futuro in motori elettrici alimentati da celle a combustibile, assicurando una diminuzione delle emissioni inquinanti.<br>
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