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Reattore a Membrana (Progetto MIUR)

Reformer a membrana per la produzione di idrogeno da idrocarburi:
compiti del CNR (Istituto Tecnologia delle Membrane)

Task 2
In tale Task verrà studiata la reazione di steam reforming del metanolo. Il sistema di reazione verrà considerato inizialmente non limitato dalle cinetiche chimiche, assumendo che la miscela di reazione lungo il reattore a membrana sia continuamente all’equilibrio. Quando l’idrogeno permea attraverso lo strato di palladio, la composizione della miscela gassosa all’interno del reattore cambia conseguentemente. Nel reattore a membrana viene così raggiunta la massima conversione di metanolo possibile. Questo modello sarà sviluppato utilizzando tutte le proprietà termodinamiche delle specie di reazione. La permeazione dell’idrogeno verrà stimata mediante un’equazione ricavata dalle prove sperimentali di caratterizzazione della membrana (Sievert e Arrhenius plot, Task 3).

In un secondo stadio, nel modello verranno inserite le cinetiche del sistema di reazione prese dalla letteratura. Un opportuno bilancio di materia e di energia lungo il reattore porterà ad un set di equazioni differenziali la cui soluzione permetterà di ottimizzare le condizioni di esercizio del reformer in previsione del fatto che l’idrogeno prodotto andrà ad alimentare una cella a combustibile a idrogeno. Tale ottimizzazione darà informazioni sul tipo di prove sperimentali da effettuare in seguito.

Task 3
La caratterizzazione delle membrane verrà effettuata in termini sia morfologici sia di permeazione. La prima (SEM e Raggi X) servirà a stabilire la uniformità del materiale metallico costituente la membrana. Le prove di permeazione, invece, serviranno a determinare se l’idrogeno attraverso la membrana seguirà meccanismi riconducibili alle leggi di Sievert e di Arrhenius. Test di permeazione con un gas inerte serviranno a stabilire se la membrana presenterà selettività infinita nei confronti dell’idrogeno.

Task 6
Le condizioni operative iniziali verranno scelte a valle dei primi risultati della modellazione matematica del sistema (Task 2), e comunque dopo un attento esame di quanto riportato in letteratura. I risultati delle simulazioni del Task 2 saranno confrontati con quelli delle prove sperimentali di questo Task, le quali saranno pilotate da eventuali spunti offerti dal modello matematico. A tal fine, si intende eseguire una campagna sperimentale che, oltre alle percentuali di idrogeno prodotto, misuri in modo esteso tutte le grandezze termodinamiche coinvolte nel processo di produzione (pressione e temperatura) così da consentire un confronto a più livelli tra le diverse tecnologie proposte.

"tasks" degli altri partners: