IDROGENO. Tecnologie di Produzione. Applicazioni industriali

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1 Milano

2 IDROGENO Tecnologie di Produzione Applicazioni industriali

3 Produzione Produzione mondiale: 550 MMm 3 /a di cui il 95 % da produzione di Ammoniaca e da Raffinerie Idrogeno a disposizione del mercato: 25 MMm 3 /a 2 Miliardi m3: Consumi Industriali (H2 gassoso in bombole, pacchi, semirimorchi, H2 liquido, piccoli on-site 1-50 m3/h) 23 Miliardi m3: Consumi Grande Massa (Tubazioni e grandi impianti di produzione dedicati)

4 Principali utilizzi idrogeno CARBURANTE SPAZIALE ELETTRONICA Epitassia CHIMICA FINE RAFFINAZIONE HT/HDS VETRO Float Glass FIBRE OTTICHE CHIMICA PRODOTTI DI BASE LABORATORI Analisi TRATTAMENTI TERMICI Acciaio VETRO Finitura TRATTAMENTI THERMICI Acciaio inox ALIMENTARE Oli & Grassi ALIMENTARE Sorbitolo ,000 10, ,000 m 3 /h

5 Mercato Idrogeno Domanda Italia Mm 3 /a Domanda Industrial merchant 25 Mm 3 /a Applicazioni tradizionali Trattamenti Termici Vetro Chimica Alimentare Altre applicazioni Nuove applicazioni Idrogeno energia Vetro 7% Idrogenazione 33% H2 - Applicazioni tradizionali Altro 13% Trattamenti Termici 47%

6 Sistemi di distribuzione Volumi di consumo H2 Liquido H2 Carri H2 Carri H2 On site H2 Cond *Per ogni tipologia di consumo un sistema di distribuzione appropriato m 3 /h

7 Distribuzione Small quantities 1 to 50 m 3 /h Filling Stations Delivery Tube trailer Bulk Customers On-site Pipeline Large quantities 1000 to m 3 /h

8 Produzione H 2 Principali processi per la produzione di idrogeno Conversione di combustibili fossili Elettrolisi dell'acqua (possibilmente utilizzando energia da fonti rinnovabili) Ciclo termochimico (decomposizione dell'acqua con calore generato a temperature non elevate attraverso reazioni chimiche ripetute e rigenerazione dei reagenti) Gassificazione biomasse (bassa o alta temperatura) Produzione biologica (decomposizione dell'acqua ad opera di micro-organismi)

9 Produzione H 2 Principali processi per la produzione di idrogeno Termochimico Acqua Elettrolisi Alcol Gas Naturale Desolforazione Reforming Conversione CO H2 Carbone Gassificazione Biomassa

10 Tecnologie di Produzione Vapore Produzione Purificazione Idrocarburo Grandi quantità (>1.000 m 3 /h) Elettricità Elettrolisi Quantità limitate (<150 m 3 /h) Acqua SMR: Steam Methane Reformer POX: Partial Oxydation ATR: Auto Thermal Reformer PSA: Pressure Swing Adsorption

11 Steam Reforming - SMR Rappresenta il metodo più comune per la produzione industriale di idrogeno CH4+2H2O CO2 + 4H2 Schema Processo Desolforazione del gas naturale (HDS) Produzione syngas (T= C; catalizzatore) CH4 + H2O CO + 3 H2 Conversione CO in H2 e CO2 (water shift reaction) CO + H2O CO2 + H2 Purificazione H2 PSA (< 99,999%) Membrane (< 98%) Purificazione criogenica (> 99,999%)

12 Produzione H 2 POx POx, Partial Oxidation Metano Aria Processo CnHm + n/2 O2 n CO + m/2 H2 CO + H2O CO2 + H2 Nella combustione viene utilizzata una quantità di aria od ossigeno in proporzione sub-stechiometrica 0.8 (<1) Può essere utilizzato un reattore catalitico (CPOx T < 1000 C) o non-catalitico (POx) Processo di ossidazione parziale fortemente esotermico Gas di Sintesi

13 Produzione H 2 ATR ATR, Autothermal Reforming Il processo associa: il processo esotermico di ossidazione parziale del metano CH 4 + ½ O 2 CO + 2 H 2 il processo endotermico di steam reforming del metano CH 4 + H 2 O CO + 3 H 2 la reazione di spostamento del gas d acqua CO + H 2 O CO 2 + H 2 CH4, O2, H2O CH4, O2, H2O H2, CO2, CO Ossidazione parziale Steam Reforming

14 Elettrolisi H 2 O Dissociazione elettrolitica dell acqua demineralizzata addizionata KOH 2H2O + e- 2H2 + O2 Processo Anodo 2 H2O O2 + 4 H e - Catodo 2 H2O + 2 e - H2 + 2 OH-

15 Steam Reforming - SMR SMR Large Industries Potenzialità fino a Nm3/h Settori - Petrolchimica Desolforazione - Chimica di base - Alimentazione reti

16 Steam Reforming - SMR SMR di piccola taglia per produzione on-site (300 Nm 3 /h) Componenti - Compressore del gas naturale in ingresso - Sistema di desolforazione (HDS) - Generatore di vapore - Pre-reformer e reformer - Reattore di shift - Stadio di purificazione PSA - Serbatoio stoccaggio H2 autoprodotto Consumi specifici Ca. 0,5 m3 CH4/m3 H2 Settori - Alimentare: Idrogenazione grassi Idrogenazione sorbitolo - Trattamenti termici

17 Elettrolizzatori Elettrolizzatori (120 Nm3/h) Modulare Produzione - da 25 a 100% portata nominale Consumi specifici Circa 5 kwh/m3 H2 Settori - Alimentare: Idrogenazione grassi - Trattamenti termici - Automotive

18 H2 Automotive Riserva H2O antincendio Stoccaggio H2 Distributore Compressione H2 Steam Reformer Elettrolizzatore La stazione comprende quattro aree diverse: Produzione Stoccaggio Compressione Distribuzione

19 GRAZIE