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Combustione catalitica su sistemi perovskitici strutturati

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Combustore Catalitico Parziale
La combustione catalitica parziale è la soluzione proposta tra gli altri da Catalytica, Engelhard
e Johnson – Mattey [Dalla Betta et al., 1995]. L’idea è anche in questo caso quella di
alimentare tutto il combustibile al catalizzatore ma di ossidarne solo una parte. La
combustione prosegue e si completa poi autonomamente in fase omogenea, visto che la
corrente gassosa, preriscaldatasi fino a 800-900°C nel passaggio attraverso il catalizzatore
monolitico, si trova ora all’interno dei limiti di infiammabilità. Spostare lontano dal
catalizzatore la zona in cui la corrente gassosa raggiunge la sua temperatura finale (e quindi
limitare la conversione sul catalizzatore) non basta a impedire che il monolito si porti alla
temperatura adiabatica di fiamma della miscela alimentata, a causa dell’analogia tra trasporto
di calore e materia in condizioni di regime diffusivo esterno. Per questo motivo si deve
ricorrere ad ulteriori sistemi atti a impedire che la temperatura del catalizzatore (di alta attività
specifica) superi la soglia degli 800-900°C. Apparentemente questo controllo è realizzato in
due modi concomitanti: (1) controllo dell’attività catalitica del palladio attraverso
trasformazioni chimiche reversibili; (2) scambio termico [Zwinkels et al., 1998]. La
transizione reversibile tra PdO e Pd metallico, che avviene spontaneamente a temperature
superiori a 700°C e dipendenti della pressione e concentrazione di ossigeno, è sfruttata per
regolare l’attività del catalizzatore: quando la temperatura inizia a divenire eccessiva, il
passaggio ad una fase meno attiva (quella metallica) consente di arrestarne la crescita,
funzionando quindi come un interruttore. Allo stesso tempo il reattore monolitico viene
esercito in modo multifunzionale, non ricoprendo tutti i canali di fase attiva, ma realizzando
una deposizione alternata. I canali vuoti servono da scambiatori di calore: preriscaldano la
corrente gassosa che by-passa lo stadio catalitico e contemporaneamente sottraggono calore ai
canali adiacenti in cui avvengono le reazioni di superficie, aiutando a controllare la
temperatura del monolito al di sotto dei limiti consentiti. Affinché lo scambio termico radiale
tra canali adiacenti sia efficace è necessaria una buona conducibilità termica del supporto, per
cui sono favoriti i monoliti a base di leghe metalliche. Anche nei canali in cui è presente il
rivestimento di fase attiva si provvede a realizzare un gradiente assiale di concentrazione di
catalizzatore sempre con l’intento di mitigare la velocità di reazione ed anche di favorire la
transizione alle reazioni in fase omogenea.
Seguendo questo approccio Catalytica ha recentemente portato ad uno stadio di sviluppo pre-
commerciale una tecnologia di combustione catalitica denominanta XONON. Presso la
centrale termoelettrica di Santa Clara in California una turbina Kawasaki da 1.5 MWe
equipaggiata con tale tecnologia sta operando da oltre 4000 h in condizioni reali di esercizio.

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Combustione catalitica su sistemi perovskitici strutturati

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Informazioni tesi

  Autore: Stefano Cimino
  Tipo: Tesi di Dottorato
Dottorato in Ingegneria Chimica
Anno: 2001
Docente/Relatore: Gennaro Russo
Correlatore: PaoloCiambelliPieroSalatino
Istituito da: Università degli Studi di Napoli
Dipartimento: Ingegneria Chimica
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 182

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Parole chiave

bruciatori radianti
catalisi
combustione
inquinamento atmosferico
metano
monoliti
perovskiti
reattori strutturati
turbine a gas
chimica industriale

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