Deidrogenazione catalitica di idrocarburi per la produzione di H2 "on-board"
“On-board” H2 production by catalytic dehydrogenation of hydrocarbon
Creators: name: Di Domenico, Diletta <1986>
Publisher: name: Alma Mater Studiorum - Università di Bologna
Year: 2014
Subjects: CHIM/04 Chimica industriale

description: Lo studio della deidrogenazione catalitica di idrocarburi affronta uno dei problemi principali per l'applicazione delle fuel cells in aeromobili. La conversione di miscele di idrocarburi in H2 può essere eseguita in loco, evitando le difficoltà di stoccaggio dell'idrogeno: l'H2 prodotto è privo di CO e CO2 e può essere alimentato direttamente alle celle a combustibile per dare energia ai sistemi ausiliari, mentre i prodotti deidrogenati, mantenendo le loro originali caratteristiche possono essere riutilizzati come carburante. In questo un lavoro è stato effettuato uno studio approfondito sulla deidrogenazione parziale (PDH) di diverse miscele di idrocarburi e carburante avio JetA1 desolforato utilizzando Pt-Sn/Al2O3, con l'obiettivo di mettere in luce i principali parametri (condizioni di reazione e composizione di catalizzatore) coinvolti nel processo di deidrogenazione. Inoltre, la PDH di miscele idrocarburiche e di Jet-A1 ha evidenziato che il problema principale in questa reazione è la disattivazione del catalizzatore, a causa della formazione di residui carboniosi e dell’avvelenamento da zolfo.
Il meccanismo di disattivazione da residui carboniosi è stato studiato a fondo, essendo uno dei principali fattori che influenzano la vita del catalizzatore e di conseguenza l'applicabilità processo. Alimentando molecole modello separatamente, è stato possibile discriminare le classi di composti che sono coinvolti principalmente nella produzione di H2 o nell’avvelenamento del catalizzatore. Una riduzione parziale della velocità di disattivazione è stata ottenuta modulando l'acidità del catalizzatore al fine di ottimizzare le condizioni di reazione. I catalizzatori Pt-Sn modificati hanno mostrato ottimi risultati in termini di attività, ma soffrono di una disattivazione rapida in presenza di zolfo. Così, la sfida finale di questa ricerca era sviluppare un sistema catalitico in grado di lavorare in condizioni reali con carburante ad alto tenore di zolfo, in questo campo sono stati studiati due nuove classi di materiali: Ni e Co fosfuri supportati su SiO2 e catalizzatori Pd-Pt/Al2O3.
description: The study of the catalytic dehydrogenation of liquid hydrocarbons is addressing one of the key problems for fuel cell application in aircraft, the generation of H2 on-board from fuels. The conversion of hydrocarbon mixtures into H2 can be performed on-site, avoiding the difficulties involved in hydrogen storage; the produced H2 is free of CO and CO2 and can be directly feed on fuel cells for supply energy to auxiliary systems while the liquid phase, maintaining its original fuels properties, can be still used as propellant.  In this work an in depth study into the partial dehydrogenation (PDH) of different hydrocarbons blends and desulfurized JetA1 fuel has been performed by using Pt--Sn/Al2O3, with the aim to shed light  the main   parameters  (reaction conditions and catalyst composition) involved in the dehydrogenation process. Moreover,  the PDH of  model hydrocarbon mixtures and real Jet-A fuel  has been  investigated  using these catalysts, evidencing  that  the  main problem in  this  reaction is catalyst deactivation, due to coke formation or S-poisoning.  
The  mechanism of deactivation by coke  has been deeply investigated,  being one of the main factors affecting the  catalyst life  and consequently the process applicability. Feeding model organic molecules  separately,  it  was possible to discriminate the classes of compound that are mainly  involved in the H2 production  or  poisoning of catalyst. A partial reduction of the deactivation rate was achieved modulating the catalyst  acidity and optimizing the reaction conditions. Modified Pt-Sn catalysts showed very good results in terms of activity in hydrocarbons dehydrogenation but suffer fast deactivation in presence of sulfur. Thus, the final challenge of this research was to find a catalytic system able to work in real conditions with fuel at high sulphur content: in this field new class of materials, based on supported Ni and Co phosphides  and Pd-Pt/Al2O3 catalysts,  were investigated.