Catalytic partial oxidation of methane, isooctane and ethanol on Rh coated monoliths : in situ measurements of temperature and concentration profiles

Catalytic partial oxidation (CPO) of iso-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 (with very low contact times) and high yield of syngas. The process is globally 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 catalyst inlet. Thus, a hot spot temperature is induced, which may cause catalyst deactivation by sintering. In previous works, diluted feed mixture were adopted to guarantee the stability of the catalyst. In this paper, a complete characterization of the process with methane and iso-octane was performed, adopting a configuration with BHS (more stable but more dissipative). Effects of capillary diameter and temperature were examined on the performances of the catalysts, by collecting axial concentration profiles. In parallel, starting from a thermodynamic analysis, the possibility to employ ethanol as working fuel, on the same pilot rig, was considered. Light-off procedure was developed and an initial experimental campaign started. All the tests were carried out with the aid of a new MicroGC, whose main advantages was verified during the experimental campaign, improving the quality of the detection of the species and reducing a lot the test times.

L’ossidazione parziale catalitica (CPO) degli isomeri di iso-ottano è una tecnologia attraente per la produzione su piccola scala di syngas (H2 e CO). È possibile impiegare catalizzatori a base di Rh che, grazie alla sua elevata reattività, consentono l’utilizzo di volumi reattivi ridotti (tempo di contatto nell’ordine di millisecondi) e l’ottenimento di elevata resa di syngas. Il processo è globalmente esotermico e perciò può essere testato in reattori adiabatici. Il meccanismo di reazione della CPO prevede la sovrapposizione di reazioni esotermiche ed endotermiche all’ingresso del catalizzatore: si genera quindi un hot spot di temperatura, che può causare la disattivazione del catalizzatore per mezzo di sintering. In studi precedenti sono state utilizzate miscele diluite in alimentazione per garantire la stabilità del catalizzatore. In questo lavoro è stata eseguita una caratterizzazione completa del processo con metano e iso-ottano, adottando una configurazione con BHS (più stabile ma più dissipativa). Sono stati esaminati gli effetti del diametro e della temperatura del capillare sulle prestazioni dei catalizzatori, tramite la raccolta di profili assiali di concentrazione. In parallelo, partendo da un'analisi termodinamica, è stata presa in considerazione la possibilità di utilizzare etanolo come combustibile di lavoro, sullo stesso impianto pilota. È stata sviluppata una procedura di accensione ed è stata avviata una prima campagna sperimentale. Tutte le prove sono state effettuate con l'ausilio di un nuovo MicroGC, i cui principali vantaggi sono stati verificati durante la campagna sperimentale, migliorando la qualità della rilevazione delle specie e riducendo notevolmente i tempi di prova.