Catalytic partial oxidation of octane isomers on Rh coated monoliths : modelling analysis and in situ measurement of temperature and concentration profiles

Catalytic Partial Oxidation (CPO) of octane isomers is a promising technology for small-scale production of syngas (H2 and CO). Rh-based catalysts can be used, thanks to its high activity, allowing the use of reduced reactive volumes (contact time in milliseconds) and high yield of syngas. The CPO process is generally exothermic, so it can be conducted in adiabatic reactors. The reaction mechanism of the CPO process involves the overlapping of exothermic and endothermic reactions at the entrance of the catalyst. Hence, a hot spot temperature is generated, which can cause the catalyst deactivation by sintering. In previous works, diluted feed mixtures have been used to ensure the stability of the catalyst. In this paper, Rh dispersions were measured on two different Rh/MgAl2O4 and Rh/α-Al2O3 substrates, verifying the aging effect in conditions similar to experimental tests. Subsequently, a complete characterization of the processes with methane and isoottane was performed, adopting a configuration with FHS, so that a more rigorous model analysis could be performed. Finally, the experimental campaign was extended to the configuration with BHS (more stable but more dissipative) by measuring the effect of reducing the dilution of the inlet reagents. In parallel, a parametric model analysis has been performed on Rh dispersion in order to validate experimental data.

L’Ossidazione Parziale Catalitica (CPO) degli isomeri di ottano è una tecnologia promettente per la produzione su piccola scala di syngas (H2 e CO). Si possono usare catalizzatori a base di Rh che, grazie alla sua elevata attività, permettendo l’uso di volumi reattivi ridotti (tempo di contatto nell’ordine dei millisecondi) e l’ottenimento di elevata resa di syngas. Il processo di CPO è globalmente esotermico, quindi può essere condotto in reattori adiabatici. Il meccanismo di reazione del processo CPO prevede la sovrapposizione di reazioni esotermiche ed endotermiche all’ingresso del catalizzatore. Quindi, si genera un hot spot di temperatura, che può causare la disattivazione del catalizzatore per sintering. In lavori precedenti, sono state usate miscele diluite in alimentazione per garantire la stabilità del catalizzatore. In questo lavoro, sono state misurate, in primo luogo, le dispersioni di Rh sui due diversi supporti Rh/MgAl2O4 e Rh/α-Al2O3, verificando l’effetto di ageing in condizioni simili a quelle di reazione. Successivamente è stata eseguita una completa caratterizzazione dei processi con metano e isoottano, adottando una configurazione con FHS, in modo tale da poter operare un’analisi di modello più rigorosa. Infine la campagna sperimentale è stata estesa alla configurazione con BHS (più stabile ma più dissipativa) misurando l’effetto della riduzione della diluizione dei reagenti in ingresso. In parallelo è stata attuata un’analisi parametrica di modello a partire dalla verifica della dispersione di Rodio in modo da convalidare i dati sperimentali.