Cos'è steam reforming?

Steam Reforming

Lo steam reforming, noto anche come steam methane reforming (SMR), è un processo industriale utilizzato per produrre idrogeno a partire da idrocarburi, tipicamente gas naturale. È il metodo più diffuso per la produzione di idrogeno su larga scala.

Processo:

Il processo fondamentale consiste nella reazione di idrocarburi, principalmente metano (CH₄), con vapore acqueo (H₂O) ad alta temperatura (700-1100 °C) e pressione (3-25 bar) in presenza di un catalizzatore. Il catalizzatore più comune è il nichel.

La reazione principale è:

CH₄(g) + H₂O(g) ⇌ CO(g) + 3 H₂(g) ΔH = +206 kJ/mol

Questa reazione è endotermica, il che significa che richiede calore per avvenire. Pertanto, il processo deve essere fornito continuamente di energia termica.

Reazioni Secondarie:

Oltre alla reazione principale, avvengono anche altre reazioni secondarie, tra cui la reazione water-gas shift:

CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g) ΔH = -41 kJ/mol

Questa reazione è esotermica e produce ulteriore idrogeno, riducendo al contempo la quantità di monossido di carbonio (CO). Il CO è un veleno per molti catalizzatori utilizzati in applicazioni successive dell'idrogeno, come nelle celle a combustibile. Pertanto, la reazione water-gas shift è cruciale per migliorare la purezza dell'idrogeno prodotto. Spesso, il processo include più stadi di reazione water-gas shift, con condizioni di temperatura differenti per massimizzare la conversione.

Fasi del Processo:

Il processo di steam reforming tipicamente include le seguenti fasi:

1. Desolforazione: Gli idrocarburi alimentati vengono prima trattati per rimuovere i composti contenenti zolfo, poiché questi possono avvelenare il catalizzatore.
2. Steam Reforming: La miscela desolforata viene miscelata con vapore acqueo e riscaldata nel reattore di steam reforming.
3. Water-Gas Shift: Il gas di reazione del reforming viene fatto passare attraverso un reattore water-gas shift per convertire il CO in CO₂ e aumentare la produzione di idrogeno.
4. Rimozione del CO₂: Il biossido di carbonio (CO₂) viene rimosso dal gas di reazione, solitamente tramite assorbimento chimico con ammine o tramite pressure swing adsorption (PSA).
5. Purificazione: L'idrogeno viene ulteriormente purificato per rimuovere eventuali impurità residue, come il metano o il CO, a seconda dell'applicazione finale. Il PSA è un metodo comune per la purificazione finale.

Applicazioni:

L'idrogeno prodotto tramite steam reforming ha numerose applicazioni, tra cui:

• Produzione di ammoniaca per fertilizzanti.
• Raffinazione del petrolio.
• Produzione di metanolo.
• Celle a combustibile.
• Processi industriali come l'idrogenazione.

Vantaggi:

• Tecnologia matura e ben consolidata.
• Elevata efficienza energetica.
• Costo di produzione relativamente basso (a seconda del costo del gas naturale).

Svantaggi:

• Produce emissioni di gas serra (principalmente CO₂) a meno che non sia combinato con tecnologie di cattura e stoccaggio del carbonio.
• Dipendenza da combustibili fossili.
• Richiede elevate temperature e pressioni.