Milano 14-06-2011
IDROGENO Tecnologie di Produzione Applicazioni industriali
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)
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 10 100 1,000 10,000 100,000 m 3 /h
Mercato Idrogeno Domanda Italia 2009 500 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%
Sistemi di distribuzione Volumi di consumo H2 Liquido H2 Carri H2 Carri H2 On site H2 Cond. - 20 40 60 80 100 120 140 160 *Per ogni tipologia di consumo un sistema di distribuzione appropriato m 3 /h
Distribuzione Small quantities 1 to 50 m 3 /h Filling Stations Delivery Tube trailer Bulk Customers On-site Pipeline Large quantities 1000 to 100 000 m 3 /h
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)
Produzione H 2 Principali processi per la produzione di idrogeno Termochimico Acqua Elettrolisi Alcol Gas Naturale Desolforazione Reforming Conversione CO H2 Carbone Gassificazione Biomassa
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
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=700-1000 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%)
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
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
Elettrolisi H 2 O Dissociazione elettrolitica dell acqua demineralizzata addizionata KOH 2H2O + e- 2H2 + O2 Processo Anodo 2 H2O O2 + 4 H + + 4 e - Catodo 2 H2O + 2 e - H2 + 2 OH-
Steam Reforming - SMR SMR Large Industries Potenzialità fino a 100.000 Nm3/h Settori - Petrolchimica Desolforazione - Chimica di base - Alimentazione reti
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
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
H2 Automotive Riserva H2O antincendio Stoccaggio H2 Distributore Compressione H2 Steam Reformer Elettrolizzatore La stazione comprende quattro aree diverse: Produzione Stoccaggio Compressione Distribuzione
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