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Salva nell'elenco di lettura Pubblicato da Callum O'Reilly, Senior Editor Hydrocarbon Engineering, lunedì 16 agosto 2021 11:50

Secondo il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE), il reforming del gas naturale o steam metan reforming (SMR) rappresenta attualmente il 95% dell’idrogeno prodotto negli Stati Uniti; è senza dubbio uno dei metodi, se non il più conveniente ed efficiente dal punto di vista energetico, per produrre idrogeno.

Figura 1. Panoramica di un tipico processo SMR.

La Figura 1 illustra una panoramica di un tipico processo SMR. L'SMR è considerato un processo di produzione maturo in cui una fonte di metano (ovvero gas naturale, biogas, gas di sintesi, ecc.) reagisce endotermicamente con vapore ad alta temperatura in presenza di un catalizzatore per produrre idrogeno, monossido di carbonio e anidride carbonica:

CH4 + H2O (+ calore) → CO + 3H2

Successivamente, il monossido di carbonio e il vapore vengono fatti reagire in presenza di un catalizzatore per produrre ulteriore idrogeno e anidride carbonica rispetto alla reazione di "spostamento acqua-gas":

CO + H2O → CO2 + H2 (+ calore)

Infine, l’idrogeno gassoso viene purificato tramite adsorbimento con oscillazione di pressione (PSA), che rimuove l’anidride carbonica e altre impurità. Spesso, a valle dell'impianto dell'idrogeno esiste un impianto di ammoniaca, in cui l'idrogeno viene fatto reagire con l'azoto per produrre ammoniaca.

La combinazione di temperature e pressioni elevate crea un ambiente di servizio severo che presenta sfide significative per i requisiti di isolamento dei fluidi. Nel reformer e nel generatore di vapore, le temperature e le pressioni possono raggiungere o superare rispettivamente 1500°F e 1500 psig. Queste temperature e pressioni elevate sono prevalenti in vari moduli e applicazioni all'interno del processo SMR, tra cui il reformer, l'acqua di alimentazione della caldaia, le linee del gas di alimentazione, le briglie del tamburo del vapore, le applicazioni di spurgo e le applicazioni di spurgo.

Al di là dell'isola SMR e nella sezione dell'ammoniaca dell'impianto, questi problemi di temperatura e pressione persistono anche in tutte le applicazioni dell'azoto: ad esempio, le valvole di alimentazione dell'azoto ai compressori e ai collettori di svasatura possono raggiungere o superare i 4000 psig a 400°F.

Mentre il mondo avanza nelle iniziative relative alle energie rinnovabili, l’idrogeno ha acquisito un forte slancio come “pilastro strategico” per la transizione energetica, poiché è una molecola a combustione pulita e un potenziale sostituto dei combustibili fossili. Combinato con le tecnologie di cattura e sequestro del carbonio (CCS), il processo SMR consente la conversione della produzione di idrogeno convenzionale, denominata “idrogeno grigio”, nella produzione di idrogeno a basso contenuto di carbonio, altrimenti noto come “idrogeno blu”. Affinché l’idrogeno blu diventi economicamente sostenibile come fonte di energia primaria, i costi lungo l’intera catena del valore dell’idrogeno, compresi produzione, stoccaggio, distribuzione, ecc., devono essere ridotti per soddisfare gli obiettivi di costo del DOE per le future automobili e altre applicazioni. Per quanto riguarda la produzione di idrogeno, il processo SMR rimane il metodo più conveniente rispetto ad altri, come l’elettrolisi. Sebbene il processo SMR sia considerato una tecnologia matura, esistono opportunità di ottimizzazione sia commerciale che ambientale e vengono realizzate attraverso temperature e pressioni più elevate e sostenute in particolari aree del processo. Ad esempio, l’Hydrogen Council e McKinsey & Co. affermano che: “la conduzione dell’ATR [reforming autotermico] a temperature più elevate può anche aumentare i tassi di conversione da metano a idrogeno, con conseguente riduzione del contenuto di metano nel gas prodotto, riducendo ulteriormente le emissioni. "1 Di conseguenza, i nuovi impianti sono progettati per funzionare a temperature molto più elevate e a pressioni più elevate in applicazioni e moduli specifici rispetto a quelli degli impianti esistenti. Inoltre, l’efficacia di un vero sistema a circuito chiuso senza perdite nell’atmosfera diventa di fondamentale importanza, sia dal punto di vista commerciale che ambientale. Pertanto, un isolamento affidabile con chiusura positiva diventa non solo molto più impegnativo per le valvole in queste applicazioni, ma anche di vitale importanza per l'intero processo produttivo.