Sintesi di olefine leggere da CO2 su sistemi catalitici a base di ferro promossi con potassio

The current work of thesis was developed in partnership between Politecnico di Milano and Maire Tecnimont S.p.A.. The purpose of this project is to identify a suitable catalyst for carbon dioxide hydrogenation to lower olefins. The first part of the work was dedicated to the study of the preparation procedure of two iron salts: after the first step of calcination (whose optimal parameters have been identified), catalysts need to be promoted with potassium, using an incipient wet impregnation (IWI) technique. On the basis of the results obtained, it was important to study the influence of surface area of the catalysts on the performances of the synthesis: we found out that promoter surface density is an important aspect in the design of the catalyst. After the identification of the optimal catalyst, second part of the work was dedicated to the optimization of the activation procedure of the system, in particular regarding the influence of carburization period on the morphological structure and on the performances of the synthesis in a fixed-bed reactor. Last part of the work of thesis was focused on the research of the optimal process conditions for CO2 hydrogenation to lower olefins: several tests on a reference catalyst were carried out at different values of temperature, gas space velocity and carbon dioxide partial pressures. Identified the optimal parameters for maximizing lower olefins productions, the most active catalysts previously described were tested in same operating conditions.

Il presente lavoro di tesi, svolto nell’ambito di un contratto di ricerca tra il Politecnico di Milano e Maire Tecnimont S.p.A., è focalizzato sullo sviluppo di un catalizzatore a base di ferro promosso con potassio attivo nella reazione di idrogenazione dell’anidride carbonica in olefine leggere. In una prima fase è stata studiata la procedura preparativa di due diversi sali precursori: ad un primo step di calcinazione, di cui vengono definiti i parametri operativi, segue una promozione con potassio tramite metodo a bagnamento incipiente (IWI). Sulla base dei risultati ottenuti è stato necessario procedere allo studio dell’influenza sulla reattività del sistema di uno dei parametri morfologici del catalizzatore, l’area superficiale, introducendo, in contemporanea il concetto di concentrazione superficiale del promotore, di cui si definisce l’importanza per la sintesi in esame. Una volta individuati i sistemi catalitici giudicati più performanti, la seconda parte dell’attività è stata dedicata all’ottimizzazione della procedura di attivazione del catalizzatore, tramite lo studio dell’influenza del tempo di carburazione sulle caratteristiche morfologiche del sistema e sulle prestazioni in fase di attività catalitica in un reattore a letto fisso. Infine, si è ritenuto necessario individuare le condizioni operative ottimali per il processo di idrogenazione della CO2: a tal proposito sono state effettuati test catalitici a diversi valori di temperatura, velocità spaziale del gas e pressione parziale di anidride carbonica su un catalizzatore di riferimento. Una volta identificati i parametri ottimali in grado di massimizzare la produttività delle specie volute, sono state testati nelle medesime condizioni operative anche i catalizzatori più performanti in precedenza introdotti.