Ottimizzazione di un catalizzatore Co/gamma-Al2O3 attivo nella sintesi di Fischer-Tropsch : geometria eggshell e promozione con platino

L’interesse industriale per le tecnologie GtL (Gas to Liquids), CtL (Coal to Liquids) e BtL (Biomass to Liquids), in grado di convertire gas naturale, carbone o biomasse in idrocarburi ad elevato peso molecolare, è cresciuto enormemente nell’ultimo decennio, tanto da rendere l’intensificazione di questi processi uno degli obiettivi primari delle compagnie petrolifere mondiali. In uno scenario globale, caratterizzato da una costante crescita della domanda energetica, appare più che ragionevole comprendere come gas, carbone e biomasse costituiscano una valida riserva di carbonio alternativa al petrolio. Disponibili su vasta scala ed a basso costo, consentono la diversificazione degli approvvigionamenti energetici. Le tecnologie XtL (Gas, Coal o Biomass to Liquids) prevedono la conversione della materia prima carboniosa in gas di sintesi, attraverso processi consolidati quali la gassificazione e lo steam reforming, seguiti dalla conversione del gas di sintesi nei prodotti idrocarburici desiderati. La sintesi di Fischer-Tropsch è uno dei processi esistenti in grado di convertire il syngas in idrocarburi liquidi (middle distillate) o solidi (waxes). Essa consente inoltre di rendere disponibili i giacimenti di gas presenti nelle zone remote del pianeta e di valorizzare carbone e biomasse, trasformandoli in prodotti liquidi ad alto valore aggiunto. I combustibili prodotti tramite FTS hanno caratteristiche che li rendono degli ottimi carburanti diesel, non solo in termini prestazionali (alto numero di cetano), ma anche in termini ambientali (esenti da zolfo e da aromatici). In questo scenario va a porsi il presente lavoro di tesi che ha il principale scopo di determinare il design ottimale di un catalizzatore FT a base di cobalto e supportato su allumina. L’attività dei catalizzatori FTS e la selettività ai prodotti desiderati possono essere influenzate da limitazioni diffusive intraparticellari, che riducono la velocità di reazione e la selettività a idrocarburi C5+. Per ovviare tale problema possono essere impiegate particelle catalitiche di tipo eggshell, in cui la fase attiva è dispersa solamente nello strato più esterno della superficie del pellet di supporto. Nella prima parte di tale lavoro di tesi è stata confrontata la reattività di un catalizzatore con una geometria di tipo eggshell con quella del medesimo catalizzatore macinato e setacciato nel range 75-100 micrometri lavorante in pieno regime chimico. Lo scopo è stato quello di verificare l’effetto dell’instaurarsi di limitazioni diffusive intraparticellari sulle prestazioni catalitiche del catalizzatore eggshell. Nella seconda parte del presente lavoro di tesi è stato eseguito il testing di attività FT ad alta pressione dei catalizzatori Co/gamma-Al2O3 preparati nei laboratori del Politecnico di Milano. Tali catalizzatori differiscono tra loro nell’ordine di deposizione del promotore. Il promotore utilizzato è il platino. Lo scopo è stato quello di studiare l’effetto dell’ordine di impregnazione fase attiva/promotore, sia in termini di attività che di selettività.