Produzione di gas di sintesi tramite reforming di vapore
Il processo di produzione di gas di sintesi può avvenire attraverso vari metodi, tra cui il processo autotermico, la fermentazione anaerobica da biomasse e il reforming. Una delle reazioni fondamentali coinvolte nel reforming con vapore di idrocarburi è rappresentata da:
CnHm + n H2O → n CO + 2n + m/2 H2
Nel caso del metano, questa reazione diventa:
CH4 + H2O → CO + 3 H2 (ΔH = + 49.3 kcal/mol) (1)
Tuttavia, possono verificarsi numerose altre reazioni, tra cui una particolarmente dannosa, come ad esempio:
CH4 + CO2 → CO + H2 + H2O + C (ΔH = + 27.7 kcal/mol) (2)
La reazione (2) provoca la formazione di carbone che può depositarsi sui tubi del reattore o sul catalizzatore, compromettendone l’efficienza.
Il reforming in due stadi, composto da un reforming primario e uno secondario, viene preferito rispetto alla completa trasformazione del metano in ossido di carbonio e idrogeno a causa delle elevate temperature richieste.
Nel reforming primario, avvengono reazioni endotermiche catalizzate che richiedono elevate quantità di energia termica e riducono la percentuale di metano nei gas in uscita a valori dell’8-10%. Successivamente, il gas in uscita viene addizionato di una quantità calcolata di aria e introdotto in un secondo reattore, dove avviene il reforming secondario.
Il materiale di base più usato nel reforming con vapore è il gas naturale, prevalentemente costituito da metano e piccole quantità di idrocarburi superiori.
Le variabili del processo da prendere in considerazione nel reforming primario sono fondamentalmente la pressione, la temperatura e il rapporto vapore/idrocarburo nell’alimentazione.
Il reattore per il reforming primario è costituito da una fornace con tubi di catalizzatore sospesi verticalmente al suo interno. Un’attenzione particolare deve essere rivolta al trasferimento uniforme e ad alta velocità del calore fornito per evitare punti caldi e cedimenti meccanici.
Il catalizzatore utilizzato è composto da nichel (12-22%) depositato su una base di alluminato di calcio attivato con titanio. La resistenza e l’efficienza alle alte temperature sono caratteristiche fondamentali di questi catalizzatori.
Il reforming primario richiede una particolare considerazione della quantità di calore necessaria per garantire non solo la reazione endotermica (1) ma anche il riscaldamento dei gas alla temperatura di operazione (circa 800°C).
Queste informazioni dettagliate forniscono una visione più completa del processo di produzione di gas di sintesi mediante reforming di vapore, illustrando le strutture dei reattori e i materiali utilizzati.
