Le indagini teoriche (analisi termodinamiche) prima e sperimentali poi condotte sul reformer fornito dalla SOL hanno consentono di acquisire informazioni importanti per ottimizzare l'integrazione del refomer con il modulo a membrana e gli altri componenti dell'impianto finale. Le principali informazioni ottenute riguardano: lo start-up; la composizione dei gas di prodotto; l'individuazioni delle migliori condizioni operative in termini di di pressione, temperatura e rapporti stechiometrici H2O/CH4 e O2/CH4; il profilo di temperatura all'interno dell'unità ATR; l'efficienza dello scambio termico e del reformer. Per quanto riguarda lo start-up la strategia finale identificata è basata sulla seguenza che prevede prima l'ingresso di aria e metano con un rapporto O2/CH4 pari a 1.67 per favorire la combustione e poi l'aggiunta di H2O e successivamente la riduzione del rapporto O2/CH4 per controllare le temperature e raggiungere le condizioni di reazione, è valida. Sulla base dei risultati sperimentali ottenuti le condizioni ottimali per uno start-up rapido (11 min.), sicuro e controllato, sono quelle relative al test 2 (tabella 17, figura 17). Tuttavia i risultati hanno mostrato che un parametro importante per accelerare lo start-up è la portata dei reagenti, infatti evidenzia che tenedo costante il rapporto O2/CH4 a 1.67 (valore ottimale ) l'autocombustione si nnesca dopo solo 6 minuti (test 3). In generale il sistema reaggisce velocemente alle variazioni del rapporto O2/CH4,. In particolare, in relazione alle condizioni operative utilizzate, rapporti O2/CH4 più elevati contribuiscono, da un lato, ad aumentare la conversione del metano, dall'altro, a ridurre la concentrazione e la produzione di H2. La variazione del rapporto O2/CH4 da anche informazioni su come reagisce il sistema dal punto di vista della distribuzione delle temperature e del funzionamento dello scambiatore di calore. In base alle prove effettuate i rapporti O2/CH4 ottimali sono compresi tra 0.5 e 0.57, quelli relativi al rapporto H2O/CH4 sono compresi tra 1.02 e 1.15. Questi valori consentono di ottenere un'elevata conversione del metano (?99%) associata ad una concentrazione di H2 compresa tra 36 e 39.9% in base ai rapporti stechiometrici usati. La composizione media dei prodotti associata alle condizioni ottimali adottate è la seguente: H2=36.28%, CH4=0.17%, CO=12.30%, CO2=6.91% (da analisi ABB, su base secca). Il reformer ha mostrato buone performance anche ad alte portate mantenendo elevate un elevata conversione del metano associata ad un'elevata produttività, le prove sono state condotte fino a produrre ? 5.81 Nm3/h di idrogeno (GHSV = 12332h-1, Ftot.Reag. =12.75 Nm3/h). Per quanto rigurda la sezione di scambio termico, la temperatura in uscita dal reattore di reforming e l'equivalente calore associato ai gas di prodotto dipende dalle condizioni operative adottate e dalla capacità di scambio termico tra il letto catalitio, lo scambiatore di calore e la zona di miscelazione. L'efficienza di scambio termico è buona e migliora all'aumetare della portata fino a raggiungere un valore stabile di circa 60%. Gran parte del calore associato ai gas di prodotto viene utilizzato per riscaldare, anche in maniera ecessiva, l'acqua e l'aria introdotti all'interno delle serpentine di scambio, infatti in condizioni di rapporti stechiometrici e di portate ottimali le temperature nella zona di miscelazione raggiungono valori superiori ai 400°C mentre la temperatura in uscita dalla sezione di scambio termico è di circa 180°C. InIn conclusione, tutte le informazioni ottenure costituiscono una banca dati che verrà utilizzata non solo per la fase di design e integrazione del sistema finale ma anche per guidare la fase di test, in condizioni reali all'interno del sito di Capo d'Orlando, che verrà effettuata nella parte finale del progetto. Inoltre le informazioni raccolte verranno utilizzate per ottimizzare sia la strategia del sistema di controllo e di sicurezza sia gli eventuali interventi di rigenerazione/sostituzione del catalizzatore in caso di fenomeni di degradazione.
RAPPORTO TECNICO SU PRESTAZIONI DEL REFORMER IN CONDIZIONI OPERATIVE - Rapp. Est. 20/2018
A Vita;M Laganà;C Italiano;L Pino;
2018
Abstract
Le indagini teoriche (analisi termodinamiche) prima e sperimentali poi condotte sul reformer fornito dalla SOL hanno consentono di acquisire informazioni importanti per ottimizzare l'integrazione del refomer con il modulo a membrana e gli altri componenti dell'impianto finale. Le principali informazioni ottenute riguardano: lo start-up; la composizione dei gas di prodotto; l'individuazioni delle migliori condizioni operative in termini di di pressione, temperatura e rapporti stechiometrici H2O/CH4 e O2/CH4; il profilo di temperatura all'interno dell'unità ATR; l'efficienza dello scambio termico e del reformer. Per quanto riguarda lo start-up la strategia finale identificata è basata sulla seguenza che prevede prima l'ingresso di aria e metano con un rapporto O2/CH4 pari a 1.67 per favorire la combustione e poi l'aggiunta di H2O e successivamente la riduzione del rapporto O2/CH4 per controllare le temperature e raggiungere le condizioni di reazione, è valida. Sulla base dei risultati sperimentali ottenuti le condizioni ottimali per uno start-up rapido (11 min.), sicuro e controllato, sono quelle relative al test 2 (tabella 17, figura 17). Tuttavia i risultati hanno mostrato che un parametro importante per accelerare lo start-up è la portata dei reagenti, infatti evidenzia che tenedo costante il rapporto O2/CH4 a 1.67 (valore ottimale ) l'autocombustione si nnesca dopo solo 6 minuti (test 3). In generale il sistema reaggisce velocemente alle variazioni del rapporto O2/CH4,. In particolare, in relazione alle condizioni operative utilizzate, rapporti O2/CH4 più elevati contribuiscono, da un lato, ad aumentare la conversione del metano, dall'altro, a ridurre la concentrazione e la produzione di H2. La variazione del rapporto O2/CH4 da anche informazioni su come reagisce il sistema dal punto di vista della distribuzione delle temperature e del funzionamento dello scambiatore di calore. In base alle prove effettuate i rapporti O2/CH4 ottimali sono compresi tra 0.5 e 0.57, quelli relativi al rapporto H2O/CH4 sono compresi tra 1.02 e 1.15. Questi valori consentono di ottenere un'elevata conversione del metano (?99%) associata ad una concentrazione di H2 compresa tra 36 e 39.9% in base ai rapporti stechiometrici usati. La composizione media dei prodotti associata alle condizioni ottimali adottate è la seguente: H2=36.28%, CH4=0.17%, CO=12.30%, CO2=6.91% (da analisi ABB, su base secca). Il reformer ha mostrato buone performance anche ad alte portate mantenendo elevate un elevata conversione del metano associata ad un'elevata produttività, le prove sono state condotte fino a produrre ? 5.81 Nm3/h di idrogeno (GHSV = 12332h-1, Ftot.Reag. =12.75 Nm3/h). Per quanto rigurda la sezione di scambio termico, la temperatura in uscita dal reattore di reforming e l'equivalente calore associato ai gas di prodotto dipende dalle condizioni operative adottate e dalla capacità di scambio termico tra il letto catalitio, lo scambiatore di calore e la zona di miscelazione. L'efficienza di scambio termico è buona e migliora all'aumetare della portata fino a raggiungere un valore stabile di circa 60%. Gran parte del calore associato ai gas di prodotto viene utilizzato per riscaldare, anche in maniera ecessiva, l'acqua e l'aria introdotti all'interno delle serpentine di scambio, infatti in condizioni di rapporti stechiometrici e di portate ottimali le temperature nella zona di miscelazione raggiungono valori superiori ai 400°C mentre la temperatura in uscita dalla sezione di scambio termico è di circa 180°C. InIn conclusione, tutte le informazioni ottenure costituiscono una banca dati che verrà utilizzata non solo per la fase di design e integrazione del sistema finale ma anche per guidare la fase di test, in condizioni reali all'interno del sito di Capo d'Orlando, che verrà effettuata nella parte finale del progetto. Inoltre le informazioni raccolte verranno utilizzate per ottimizzare sia la strategia del sistema di controllo e di sicurezza sia gli eventuali interventi di rigenerazione/sostituzione del catalizzatore in caso di fenomeni di degradazione.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
