Design of an electrically heated steam cracking reactor

In view of the carbon neutrality goal set by the EU for 2050, the industrial transition towards electrical technologies is a deeply relevant topic. Steam cracking holds a central position in this context as it accounts for the second largest GHG emissions within the chemical industry after steam reforming. The present work is aimed in part at addressing the positive effect of different reactor geometries on steam cracking processes, and in part to the design and simulation of a proof-of-concept ceramic block reactor concept for steam cracking, with an electrical heating method. Both these goals are coherent with a sustainable industry concept, as the former reduces steam cracking furnace emissions and the latter possibly eliminates them entirely.

In vista dell’obiettivo prefissato dall’UE di raggiungere un netto pari a zero sulle emissioni di CO2 entro il 2050, la transizione dell’industria verso l’uso dell’elettricità rappresenta un tema rilevante. Lo steam cracking occupa un ruolo centrale in questo contesto, in quanto rappresenta il secondo processo più inquinante dell’industria chimica in termini di emission totali, dopo lo steam reforming. Il presente lavoro di tesi si prefigge innanzitutto l’obiettivo di valutare e misurare l’effetto benefico di diverse innovazioni dal punto di vista geometrico sulla attuale tecnologia reattoristica dello steam craking. Si vuole poi verificare un ulteriore possible incremento delle prestazioni del reattore tramite l’utilizzo di un materiale ceramico ad alta conduttività termica. Queste modifiche sono atte a ridurre l’apporto energetico richiesto dal reattore, e, in ultima analisi, le emissioni di gas serra prodotte dal processo. Infine, si vuole eseguire il design e la verifica delle prestazioni di un innovativo tipo di reattore ceramico a blocco applicato allo steam cracking, alimentato interamente ad elettricità. L’adozione di un riscaldamento elettrico rimuoverebbe la necessità di una fonte di combustibile fossile e permetterebbe, a livello teorico, di eliminare le emissioni associate allo steam cracking tramite l’utilizzo di fonti di energia rinnovabili.