Modelling and experimental investigation of microkinetic in heterogeneous catalysis: hydrogen combustion and production

Questa tesi investiga sia la combustion che la produzione di idrogeno, con particolare attenzione verso aspetti fondamentali della ossidazione catalizzata da platino e la reazione di steam reforming del metano su catalizzatori a base di nickel. Per quanto riguarda il primo aspetto, siamo partiti dall’osservare ed approfondire discrepanze sulla struttura e sui risultati di modelli cinetici di reazioni superficiali presenti in Letteratura, per la reazione di H2 e O2 su Pt. I confronti quantitativi sono stati fatti utilizzando un Modello di reattore chiuso ben mescolato con le superfici interne catalitiche. Le differenze nelle perizie dei diversi modelli sembrano discendere da differenze nei dati sperimentali su cui sono stati calibrati. Il fatto che se non state utilizzate diverse configurazioni sperimentali, e probabilmente strutture delle superfici di Pt , ci ha stimolato a intraprendere una campagna sperimentale per ottenere dati propri, utilizzando superfici di platino planari in opportuni reattori. Un nuovo reattore di laboratorio, a flusso stagnante, per indagare reazioni su Pt in forma di dischi e stato progettato sulla base di una` modellazione dettagliata e realizzato in laboratorio. I risultati sperimentali hanno dimostrato che l’attivita del Pt può variare enormemente. Pretrattamenti con H2 o O2 Hanno chiarito il meccanismo della competizione per siti superficiali e la possibilita di ristrutturazione la superficie. Sono state misurate trasformazioni di lunga durata, soprattutto dopo pretrattamenti con O2, che non trova una spiegazione in nessuno dei modelli cineticidettagliati di letteratura. Mediante misure in rampa di temperatura si e studiato` l’innesco di miscele povere di H2 in aria. Il confronto con dati di letteratura suggerisce una plausibile interpretazione della discrepanza dei dati riportati. Successivamente simulazioni transitorie della combustione di idrogeno in canali rivestiti di platino e stato utilizzato per valutare il comportamento della`reazione eterogenea con e senza reazione omogenea. L’effetto delle proprieta`del supporto del catalizzatore sono stati confrontati, considerando leghe Fe-Cre cordierite. Le implicazioni pratiche per l’operativita di questi reattori sono state`delineate. Per quanto riguarda la produzione di idrogeno abbiamo studiato sia dal punto di vista teorico che sperimentale la reazione di reforming di gas naturale mediante7 vapore. Abbiamo identificato intervalli significativi da un punto di vista industriale per le variabili operative, per studiare la cinetica dei catalizzatori. Abbiamo progettato un reattore di laboratorio mediante regole di scala rispetto a un impianto modello industriale di riferimento, con l’obiettivo di studiare la reazione a pressioni elevate (10bars). Abbiamo confrontato tre catalizzatori basati su Nickel con formulazioni diverse, modificando rapporto vapore/carbonio in alimentazione, per avvicinarsi alle condizioni stechiometriche. Si sono raccolti numerosi ,dati sia di attivita cataliticha che di formazione di carbone, utili per uno sviluppo di modelli` cinetici dettagliati della reazione superficiale.