Qual è il ruolo dell'idrogeno nella produzione di combustibili puliti?

La normativa europea impone l'ottimizzazione delle frazioni petrolifere

Che cos'è l'idrodesolforazione?

L'idrodesolforazione (HDS) rappresenta la soluzione principale in cui l'idrogeno reagisce con i composti organozolforati in presenza di catalizzatori (CoMo o NiMo). Questa reazione chimica scinde i legami tra il carbonio e lo zolfo per formare acido solfidrico (H₂S). L'H₂S viene convogliato nel flusso dei processi Claus per scindere la molecola al fine di ottenere zolfo elementare. Questa tecnologia svolge un ruolo essenziale nella produzione di benzine desolforate con meno di 10 ppm di zolfo. Ciò impedisce la formazione di biossido di zolfo durante la combustione automobilistica, allo scopo di proteggere i moderni convertitori catalitici.

Qual è l'azione dell'idrogeno sulle impurità come l'ossigeno e l'azoto?

Oltre allo zolfo, l'uso dell'idrogeno consente di eliminare l'azoto e l'ossigeno presenti nelle cariche al fine di non avvelenare i catalizzatori di cracking, riducendo così le emissioni di ossidi di azoto (NOx). L'idrogeno svolge un'importante azione supplementare migliorando la stabilità allo stoccaggio dei carburanti per evitare la formazione di gomme o depositi ossidativi nei motori.

Meccanismi per eliminare le impurità come lo zolfo e l'azoto

In che modo l'idrogeno elimina i composti solforati?

L'idrogeno introdotto in particolari condizioni termiche avvia una reazione catalitica che scinde i legami carbonio-zolfo delle molecole per ottenere acido solfidrico (H₂S) gassoso, che successivamente viene convogliato in un ciclo per ottenere zolfo elementare. Si tratta di una tecnologia essenziale per produrre benzine a molto basso contenuto di zolfo, il che offre il vantaggio di emettere meno SOx durante la combustione nei motori.

In che modo l'idrogeno elimina i composti azotati?

Per eliminare l'azoto dagli idrocarburi al fine di produrre una benzina di qualità, si utilizza idrogeno ad alta pressione con un catalizzatore (nichel-molibdeno) che scinde i legami carbonio-azoto. L'idrogeno fornito si lega quindi all'azoto per formare ammoniaca gassosa (NH₃), facilmente eliminata tramite lavaggio. Questa tecnologia offre diversi vantaggi, tra cui l'ottenimento di un carburante pulito, ma soprattutto evita che l'azoto avveleni i catalizzatori al platino durante il reforming, aspetto fondamentale per ottenere un numero di ottano ottimizzato.

I vantaggi dell'idrocracking

Che ruolo svolge l'idrogeno nell'idrocracking?

L'idrocracking combina il cracking termico delle molecole pesanti con l'azione dell'idrogeno; ad alta pressione, l'introduzione di idrogeno scinde le molecole complesse in frazioni più leggere (ad esempio il cherosene). A differenza del cracking catalitico a letto fluido (FCC), l'idrocracking utilizza elevate pressioni di idrogeno, il che impedisce la formazione di coke, offrendo il vantaggio di ottenere quantità superiori di prodotti distillati di alta qualità. Questa tecnologia valorizza i residui di distillazione in combustibili puliti, nel rispetto dei vincoli normativi.

Quali parametri ottimizzano l'idrocracking?

Per ottimizzare l'idrocracking, vi sono quattro parametri essenziali legati all'introduzione di idrogeno:

• La pressione parziale elevata dell'idrogeno fornito al processo (da 100 a 200 bar), essenziale per arricchire le molecole sottoposte a cracking e impedire la formazione di coke che avvelenerebbe il catalizzatore.
• Il rapporto idrogeno-idrocarburi, che impone un eccesso di gas sia per garantire tale pressione sia per dissipare l'elevato calore di reazione.
• La purezza rigorosa superiore al 90%, necessaria per garantire la stabilità della pressione efficace e preservare la qualità del catalizzatore.
• La quantità di idrogeno riciclato in continuo, poiché l'utilizzo dell'idrogeno in eccesso garantisce la stabilità dei meccanismi di idrocracking.

Il ruolo dell'idrogeno in petrolchimica nel contesto della transizione energetica

Quale futuro per l'idrogeno in petrolchimica?

L'idrogeno rappresenta il pilastro strategico nella sfida di produzione di carburanti di sintesi sostenibili, come ad esempio il cherosene o il diesel. Si tratta di combinare idrogeno a basse emissioni di carbonio (generato da fonti di energie rinnovabili) con il carbonio proveniente dalle tecnologie di cattura della CO₂ nei fumi industriali, affinché il settore petrolchimico si affranchi dai composti fossili.

Perché l'idrogeno svolge un ruolo strategico per decarbonizzare l'industria petrolifera?

La combinazione di oli vegetali o grassi con frazioni petrolifere richiede ingenti quantità di idrogeno per avviare reazioni in grado di deossigenare i prodotti coinvolti. L'idrogeno offre il vantaggio di convertire questi trigliceridi in idrocarburi identici ai prodotti di fonti fossili, ma di origine rinnovabile. Lo sviluppo di questa tecnologia consente agli industriali di produrre biocombustibili su larga scala. In questo modo, l'idrogeno agisce come un mediatore chimico per integrare il carbonio rinnovabile negli impianti esistenti, favorendo l'economia circolare.