IT202100012551A1 - CO2 CONVERSION PROCESS - Google Patents

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rwgs
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Luca Basini
Nicola Mondelli
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Rosetti Marino S P A
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Description

Testo allegato alla domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: Text attached to the patent application for an industrial invention entitled:

?PROCESSO PER LA CONVERSIONE DELLA CO2? ?CO2 CONVERSION PROCESS?

La presente invenzione ? relativa a un processo di conversione della CO2, pura o contenuta in correnti gassose di varia natura mediante l?utilizzo di un reattore E-RWGS (Reverse Water Gas Shift elettrificato). Pi? specificatamente, il processo innovativo oggetto della presente invenzione riferisce di una soluzione per la trasformazione di gas contenenti CO2 in gas contenenti monossido di carbonio (CO) e Idrogeno (H2), molecole che costituiscono i mattoni di importanti attivit? per la produzione di prodotti chimici, di fertilizzanti e di combustibili. Questa soluzione quindi si propone di contribuire alla riduzione della concentrazione dei GHG (Green House Gas) attraverso la rimozione e trasformazione della loro componente principale, la CO2 e il suo reinserimento nei cicli produttivi. The present invention ? relating to a conversion process of CO2, pure or contained in gaseous streams of various kinds through the use of an E-RWGS (electrified Reverse Water Gas Shift) reactor. Pi? specifically, the innovative process object of the present invention refers to a solution for the transformation of gases containing CO2 into gases containing carbon monoxide (CO) and Hydrogen (H2), molecules which constitute the building blocks of important activities? for the production of chemicals, fertilizers and fuels. This solution therefore aims to contribute to the reduction of the concentration of GHG (Green House Gas) through the removal and transformation of their main component, CO2, and its reintegration into production cycles.

DESCRIZIONE DELLO STATO DELLA TECNICA DESCRIPTION OF THE STATE OF THE ART

La riduzione della concentrazione nell?atmosfera dei GHG i cui componenti principali sono l?anidride carbonica (CO2) e il metano (CH4), richiede un uso pi? efficiente delle fonti energetiche primarie, un aumento della quota di utilizzo delle energie rinnovabili ed una diminuzione dell?utilizzo delle fonti idrocarburiche. Con l?aumento della produzione di energia elettrica ottenuta dalle fonti rinnovabili si promuover? la diffusione dei processi di elettrolisi dell?acqua che renderanno disponibili quantitativi rilevanti di H2 che verr? utilizzato in una filiera cui parteciper? sia con la funzione di vettore energetico, che con quella di reagente chimico. The reduction of the concentration in the atmosphere of GHGs whose main components are carbon dioxide (CO2) and methane (CH4), requires more use? efficiency of primary energy sources, an increase in the share of use of renewable energies and a decrease in the use of hydrocarbon sources. With the increase in the production of electricity obtained from renewable sources will it promote? the diffusion of the processes of electrolysis of the water that will make available relevant quantities of H2 that will come? used in a supply chain in which it will participate? both with the function of energy carrier and with that of chemical reagent.

In parallelo si svilupperanno le condizioni per l?utilizzo industriale di soluzioni reattoristiche elettrificate che sostituiscano quelle dei reattori termici. In parallel, the conditions for the industrial use of electrified reactor solutions will be developed to replace those of thermal reactors.

La CO2, che ? primariamente generata dalla combustione degli idrocarburi, ha raggiunto la concentrazione di 415 ppm nell?atmosfera ed ? il componente pi? abbondante tra i GHG. Il suo utilizzo come sorgente di carbonio e di ossigeno ? quindi uno degli argomenti pi? rilevanti da affrontare per migliorare la sostenibilit? delle attivit? antropiche ed evitare l?incremento della temperatura dell?antroposfera. CO2, what? primarily generated by the combustion of hydrocarbons, it has reached a concentration of 415 ppm in the atmosphere and is the component pi? abundant among GHGs. Its use as a source of carbon and oxygen? then one of the topics pi? relevant to address to improve sustainability? of the activities? anthropic and avoid the increase of the temperature of the anthroposphere.

Il problema era gi? chiaramente evidente negli anni 80 e 90 come. Si pu? citare ad esempio il lavoro decritto in Energy & Fuels (1996, 10, 305-325) che include un?estesa analisi dei percorsi di utilizzo della CO2 considerando sia: Was the problem already? clearly evident in the 80s and 90s as. Can you? cite for example the work described in Energy & Fuels (1996, 10, 305-325) which includes an extensive analysis of the paths of use of CO2 considering both:

i) le sue propriet? fisiche (ad esempio per le estrazioni supercritiche, l?Enhanced Oil Recovery, l?uso come gas inerte nella gestione degli incendi e in altre applicazioni legate alla sicurezza); i) its properties? physical (eg for supercritical extraction, Enhanced Oil Recovery, use as an inert gas in fire management and other safety related applications);

ii) le sue trasformazioni chimiche (ad esempio nella produzione di acidi, alcoli e derivati, urea e derivati, policarbonati). ii) its chemical transformations (for example in the production of acids, alcohols and derivatives, urea and derivatives, polycarbonates).

E tuttavia, ancora, oggi molto meno dell?1% della produzione mondiale di CO2 viene riutilizzata. And yet, still, today much less than 1% of the world's CO2 production is reused.

Anche uno dei percorsi pi? interessanti, cio? quello della sua integrazione nella produzione di Metanolo (MeOH), che pu? essere utilizzato sia nelle filiere della chimica industriale sia in quelli dell?energia (vedi ad es. WO 2020/058859 A1) nei motori a combustione interna, ancora non ? stato sviluppato. Also one of the most interesting, huh? that of its integration in the production of Methanol (MeOH), which pu? be used both in the industrial chemical and in the energy supply chains (see for example WO 2020/058859 A1) in internal combustion engines, it is not yet? been developed.

Chiaramente la difficolt? pi? rilevante ha ragioni termodinamiche, in quanto la CO2 ? il prodotto finale della gran parte delle attivit? antropiche: i) di quelle necessarie alla vita (con la respirazione si emettono ogni giorno un chilo di CO2, il che equivale a 2,5 miliardi di tonnellate emesse dall?intero genere umano ogni anno), ii) di quelle dedicate ai processi industriali di produzione e utilizzo dell'energia, iii) di quelle della produzione dell?industria chimica. Complessivamente queste ultime due tipologie di attivit? producono ca. 40,5 Miliardi di Tonnellate anno di CO2 (vedi ad es. https://www.ispionline.it/it/pubblicazione/co2-daproblema-risorsa-29429). Tuttavia questa situazione pu? essere modificata definendo delle soluzioni specifiche per l?utilizzo delle emissioni di CO2. Clearly the difficulty? more relevant has thermodynamic reasons, as the CO2 ? the final product of most of the activities? anthropic: i) those necessary for life (one kilo of CO2 is emitted every day with breathing, which is equivalent to 2.5 billion tons emitted by the entire human race every year), ii) those dedicated to industrial processes of production and use of energy, iii) those of the production of the chemical industry. Overall, these last two types of activity? produce approx. 40.5 billion tons of CO2 per year (see for example https://www.ispionline.it/it/pubblicazione/co2-daproblema-risorsa-29429). However this situation can be modified by defining specific solutions for the use of CO2 emissions.

In particolare si ? avviato lo sviluppo intensivo di soluzioni che renderanno disponibile notevoli quantitativi di energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili (sole, vento e energia idro-elettrica). Si menziona anche che l?Unione Europea (EU Green Deal https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/it/IP_ 19_6691) traguarda l?utilizzo dell?energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili attraverso l?elettrolisi dell?acqua e quindi per la produzione e per utilizzo dello H2. E? tuttavia anche vero che, in parallelo, la riduzione dei GHG dovr?, considerare sia la riduzione delle emissioni di CO2 sia la sua separazione e il suo riutilizzo. In particular yes? intensive development of solutions has been launched which will make available large quantities of electricity produced from renewable sources (sun, wind and hydroelectric energy). It is also mentioned that the European Union (EU Green Deal https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/it/IP_ 19_6691) targets the use of electricity produced from renewable sources through the electrolysis of ?water and therefore for the production and use of H2. AND? however it is also true that, in parallel, the reduction of GHGs will have to consider both the reduction of CO2 emissions and its separation and reuse.

Queste soluzioni possono seguire sia l?approccio della Carbon Capture and Sequestration (or Storage, CCS) sia quello della Carbon Capture and Utilization (CCU). These solutions can follow both the Carbon Capture and Sequestration (or Storage, CCS) and Carbon Capture and Utilization (CCU) approaches.

Se la CCS pu? diventare economicamente attrattiva quando la ?carbon tax? supera valori di soglia, la soluzione di immagazzinare questa molecola nei giacimenti esausti o in via di esaurimento, non garantisce, tuttavia nella maggior parte dei contesti, una rimozione permanente della molecola e una significativa riduzione delle emissioni. La CCS si propone quindi come una soluzione transitoria e adatta a contesti specifici in cui siano disponibili sia le soluzioni di stoccaggio che la possibilit? di recuperare la CO2dalle emissioni delle attivit? industriali, cosa non sempre fattibile. If the CCS pu? become economically attractive when the ?carbon tax? exceeds threshold values, the solution of storing this molecule in exhausted or nearly depleted reservoirs does not guarantee, however, in most contexts, permanent removal of the molecule and a significant reduction in emissions. The CCS is therefore proposed as a transitory solution and suitable for specific contexts in which both storage solutions and the possibility are available. to recover CO2 from the emissions of the activities? industries, which is not always feasible.

SOMMARIO DELLA PRESENTE INVENZIONE SUMMARY OF THE PRESENT INVENTION

La Richiedente ritiene che le soluzioni di CCU in cui la CO2 ? riutilizzata nel ciclo produttivo, siano molto pi? efficaci e applicabili in modo estensivo e siano, tra l?altro, integrabili in modo pi? efficace con le attivit? di produzione e di utilizzo dell?H2, in particolare quelle che lo producono attraverso i processi di elettrolisi dell?acqua. The Applicant believes that the CCU solutions in which the CO2 ? reused in the production cycle, are much more? effective and applicable in an extensive way and are, among other things, integrable in a more? effective with activities of production and use of H2, in particular those that produce it through water electrolysis processes.

A questo proposito si ricorda che la produzione di Idrogeno ed un suo utilizzo nelle reazioni con la CO2 pu? essere indirizzato per produrre: In this regard, it should be remembered that the production of hydrogen and its use in reactions with CO2 can be directed to produce:

i) Synthetic Natural Gas (SNG); i) Synthetic Natural Gas (SNG);

ii) Metanolo (MeOH) e i suoi derivati; ii) Methanol (MeOH) and its derivatives;

iii) Ammoniaca/Urea; iii) Ammonia/Urea;

iv) Idrocarburi liquidi. iv) Liquid hydrocarbons.

Tuttavia bisogna evidenziare che l?idrogenazione diretta della CO2 in SNG, MeOH e idrocarburi liquidi ? energeticamente poco efficace e poco selettiva (per es. ca. il 30-40% v/v dell?idrogeno impiegato nella sintesi del MeOH da CO2 si trasforma in H2O e in quota minore in CH4) e per quanto riguarda la produzione di MeOH, di idrocarburi liquidi si utilizzano delle soluzioni in una fase ancora prototipale. Si prevede invece un rapido sviluppo delle soluzioni che utilizzano l?idrogeno elettrolitico nella sintesi dell?Ammoniaca/Urea. However it must be highlighted that the direct hydrogenation of CO2 in SNG, MeOH and liquid hydrocarbons ? energetically not very effective and not very selective (e.g. approx. 30-40% v/v of the hydrogen used in the synthesis of MeOH from CO2 is transformed into H2O and to a lesser extent into CH4) and as regards the production of MeOH, of liquid hydrocarbons solutions are used in a still prototype phase. On the other hand, a rapid development of solutions using electrolytic hydrogen in the synthesis of ammonia/urea is expected.

Pi? in dettaglio, nel caso in cui si vogliano produrre MeOH, composti idrocarburici, la Richiedente ha trovato ed ? l?oggetto della presente invenzione, che sia preferibile introdurre nella catena produttiva un passaggio di E-RWGS (Reverse Water Gas Shift Elettrificato) e produrre gas di sintesi (una miscela che contiene principalmente H2 e CO) in maniera molto pi? efficace attraverso le reazioni [1] e [2] invece della sola reazione [3]. Pi? in detail, in the case in which MeOH, hydrocarbon compounds are to be produced, the Applicant has found and ? The object of the present invention is that it is preferable to introduce a step of E-RWGS (Electrified Reverse Water Gas Shift) into the production chain and produce synthesis gas (a mixture which mainly contains H2 and CO) in a much more efficient way. effective through reactions [1] and [2] instead of reaction [3] alone.

Il processo combinato delle reazioni [1] e [2] pu? inoltre utilizzare soluzioni industriali largamente utilizzate di cui ? ben nota la fattibilit? tecnica ed economica. The combined process of reactions [1] and [2] pu? also use widely used industrial solutions of which ? well known the feasibility? technical and economic.

CO2 H2 ? CO H2O (?H = 42 kJ/mol) [1] CO 2 H2 ? CH3OH (?H = - 89 kJ/mol) [2] CO2 3 H2 ? CH3OH H2O (?H = -48 kJ/mol) [3] CO2 4 H2 ? CH4 2H2O (?H = - 164 kJ/mol) [4] CO 3 H2 ? CH4 H2O (?H = - 206 kJ/mol) [5] La presente invenzione ? quindi relativa ad un processo di conversione della CO2, pura o contenuta in correnti gassose di varia natura mediante processi chimici che includono l?utilizzo di un reattore E-RWGS (Reverse Water Gas Shift elettrificato). CO2 H2 ? CO H2O (?H = 42 kJ/mol) [1] CO 2 H2 ? CH3OH (?H = - 89 kJ/mol) [2] CO2 3 H2 ? CH3OH H2O (?H = -48 kJ/mol) [3] CO2 4 H2 ? CH4 2H2O (?H = - 164 kJ/mol) [4] CO 3 H2 ? CH4 H2O (?H = - 206 kJ/mol) [5] The present invention ? therefore relating to a conversion process of CO2, pure or contained in gaseous streams of various kinds through chemical processes which include the use of an electrified E-RWGS (Reverse Water Gas Shift) reactor.

Pi? specificatamente, il processo innovativo oggetto della presente invenzione riferisce di una soluzione per la trasformazione di gas contenenti CO2 in gas contenenti monossido di carbonio (CO) e H2, molecole che costituiscono i mattoni di importanti attivit? di produzione di prodotti chimici, di fertilizzanti e di combustibili. Pi? specifically, the innovative process object of the present invention refers to a solution for the transformation of gases containing CO2 into gases containing carbon monoxide (CO) and H2, molecules which constitute the bricks of important activities? production of chemicals, fertilizers and fuels.

In un aspetto, la presente invenzione fornisce un processo, come definito precedentemente, in cui la trasformazione della CO2 che avviene nel reattore di E-RWGS elettrificato utilizza come reagente H2 prodotto da processi di elettrolisi oppure reso disponibile come sottoprodotto da diversi processi industriali. In one aspect, the present invention provides a process, as defined above, in which the transformation of CO2 which takes place in the electrified E-RWGS reactor uses as a reactant H2 produced by electrolysis processes or made available as a by-product by various industrial processes.

In un ulteriore aspetto, la presente invenzione fornisce un processo, come definito precedentemente, in cui l?elettricit? necessaria ai processi di E-RWGS e/o di elettrolisi ? prodotta da fonti rinnovabili. In a further aspect, the present invention provides a process, as defined above, in which electricity necessary for E-RWGS and/or electrolysis processes? produced from renewable sources.

In un altro aspetto, la presente invenzione fornisce un processo, come definito precedentemente, in cui il reattore E-RWGS elettrificato si integra in schemi di processo: In another aspect, the present invention provides a process, as defined above, in which the electrified E-RWGS reactor integrates into process schemes:

- per la produzione del MeOH e dei suoi derivati utilizzabili nei settori della chimica e dell?energia ; - for the production of MeOH and its derivatives which can be used in the chemical and energy sectors;

- in schemi di processo in cui ? incluso uno stadio di Fischer-Tropsch per la produzione di idrocarburi liquidi utilizzabili nei settori della chimica e dell?energia; - in process schemes where ? including a Fischer-Tropsch stage for the production of liquid hydrocarbons that can be used in the chemical and energy sectors;

- in schemi di processo che utilizzano il Bio-Gas per la produzione di MeOH dalla CO2 e di Bio-CH4; - in process schemes using Bio-Gas for the production of MeOH from CO2 and Bio-CH4;

- in schemi di processo per la produzione di Metanolo, dei suoi derivati e/o di composti idrocarburici liquidi, utilizzando Gas Naturale Acido (ricco in CO2) e/o altri off-gas di processi industriali ad alto contenuto di CO2; - in process schemes for the production of Methanol, its derivatives and/or liquid hydrocarbon compounds, using Acid Natural Gas (rich in CO2) and/or other off-gases of industrial processes with a high CO2 content;

- in schemi di processo per la produzione di blue-H2 attraverso la produzione di gas di sintesi con le tecnologie di Steam Reforming (SR), Autothermal Reforming (ATR), Combined Reforming (CR) e in particolare di Catalytic Partial Oxidation (CPO); seguite da uno stadio di Water Gas Shift (WGS) e di separazione dello H2 dalla corrente contenente la CO2 che pu? essere utilizzata per alimentare uno stadio di E-RWGS e reintegrata in un ciclo produttivo di prodotti chimici o energetici; - in process schemes for the production of blue-H2 through the production of synthesis gas with the technologies of Steam Reforming (SR), Autothermal Reforming (ATR), Combined Reforming (CR) and in particular of Catalytic Partial Oxidation (CPO) ; followed by a stage of Water Gas Shift (WGS) and separation of the H2 from the current containing the CO2 that pu? be used to power an E-RWGS stage and reintegrated into a production cycle of chemical or energy products;

- in schemi di processo per la produzione di MeOH o d?idrocarburi liquidi, mediante il processo di Fischer-Tropsch, in cui si utilizzano processi di produzione di gas di sintesi quali lo Steam Reforming (SR), l?AutoThermal Reforming (ATR), il Combined Reforming (CR) e in particolare la Catalytic Partial Oxidation (CPO) che rendono disponibile come sottoprodotto delle correnti di CO2 concentrate. - in process schemes for the production of MeOH or liquid hydrocarbons, using the Fischer-Tropsch process, in which synthesis gas production processes are used such as Steam Reforming (SR), AutoThermal Reforming (ATR), Combined Reforming (CR) and in particular Catalytic Partial Oxidation (CPO) which make concentrated CO2 currents available as a by-product.

Nel processo della presente invenzione il reattore E-RWGS viene operato a pressioni comprese tra 10 e 100 atm (1,10 MPa e 10,13 MPa) e preferibilmente a pressioni tra 30 e 80 atm (3,04 MPa e 8,11 MPa) e temperature comprese tra 500 e 1000?C e preferibilmente a temperature comprese tra 650 e 950?C. In the process of the present invention the E-RWGS reactor is operated at pressures between 10 and 100 atm (1.10 MPa and 10.13 MPa) and preferably at pressures between 30 and 80 atm (3.04 MPa and 8.11 MPa ) and temperatures ranging from 500 to 1000°C and preferably at temperatures ranging from 650 to 950°C.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del processo della presente invenzione appariranno pi? chiari dalla descrizione seguente, esposta con riferimento alle figure allegate che ne illustrano almeno un esempio di attuazione non limitativo. Further characteristics and advantages of the process of the present invention will appear later on. clear from the following description, set out with reference to the attached figures which illustrate at least one non-limiting embodiment thereof.

In particolare: In particular:

- la figura 1 illustra lo schema a blocchi semplificato che integra le operazioni unitarie di E-RWGS elettrificata, produzione di H2 attraverso i processi di elettrolisi dell?acqua (Solid Oxide Electrolysis Cell ? SOEC, Alkaline Electrolyzer ? AE, Polymer Electrolyte Membrane Electrolyzer ? PEME) e sintesi del MeOH secondo la presente invenzione; - figure 1 illustrates the simplified block diagram that integrates the unitary operations of electrified E-RWGS, H2 production through water electrolysis processes (Solid Oxide Electrolysis Cell ? SOEC, Alkaline Electrolyzer ? AE, Polymer Electrolyte Membrane Electrolyzer ? PEME) and MeOH synthesis according to the present invention;

- la figura 2 illustra lo schema a blocchi semplificato che integra le operazioni unitarie di E-RWGS elettrificata, produzione di H2 attraverso i processi di elettrolisi dell?acqua (Solid Oxide Electrolysis Cell ? SOEC, Alkaline Electrolyzer ? AE, Polymer Electrolyte Membrane Electrolyzer ? PEME) e sintesi degli idrocarburi liquidi mediante il processo di Fischer-Tropsch; - figure 2 illustrates the simplified block diagram integrating the unitary operations of electrified E-RWGS, H2 production through water electrolysis processes (Solid Oxide Electrolysis Cell ? SOEC, Alkaline Electrolyzer ? AE, Polymer Electrolyte Membrane Electrolyzer ? PEME) and synthesis of liquid hydrocarbons by the Fischer-Tropsch process;

- la figura 3 illustra uno schema a blocchi semplificato del processo CAMERE descritto in Ind. Eng. Chem. Res. 1999, 38, 1808-1812; - figure 3 illustrates a simplified block diagram of the CAMERE process described in Ind. Eng. Chem. Res. 1999, 38, 1808-1812;

- la figura 4 illustra lo schema a blocchi semplificato di un processo che consente di ottenere da bio-gas del Bio-CH4 e del MeOH ottenuto da fonti rinnovabili e che a meno della CO2 prodotta per ottenere energia elettrica, si configura come un processo a emissioni negative di CO2; - la figura 5 illustra lo schema a blocchi semplificato di un processo che consente di ottenere Idrogeno mediante il processo di CPO (Catalytic Partial Oxidation) e una corrente di CO2 che mediante l?unit? di E-RWGS viene trasformata in gas di sintesi che viene utilizzato nella produzione del MeOH che, a meno della CO2 prodotta per ottenere energia elettrica, si configura come un processo a emissioni negative di CO2; - figure 4 illustrates the simplified block diagram of a process which allows to obtain Bio-CH4 and MeOH obtained from renewable sources from bio-gas and which, with the exception of the CO2 produced to obtain electricity, is configured as a negative emissions of CO2; - figure 5 illustrates the simplified block diagram of a process which allows to obtain Hydrogen through the CPO process (Catalytic Partial Oxidation) and a stream of CO2 which through the unit? of E-RWGS is transformed into synthesis gas which is used in the production of MeOH which, apart from the CO2 produced to obtain electricity, is configured as a process with negative CO2 emissions;

- la figura 6 illustra lo schema a blocchi semplificato di un processo che consente di ottenere Idrogeno mediante il processo di CPO e una corrente di CO2 che mediante l?unit? di E-RWGS viene trasformata in un gas di sintesi con la composizione opportuna per ottenere la produzione di Idrocarburi Liquidi attraverso la sintesi di Fischer-Tropsch e che, a meno della CO2 prodotta per ottenere energia elettrica, si configura come un processo a emissioni negative di CO2; - figure 6 illustrates the simplified block diagram of a process which allows to obtain Hydrogen through the CPO process and a stream of CO2 which through the unit? of E-RWGS is transformed into a synthesis gas with the appropriate composition to obtain the production of Liquid Hydrocarbons through the Fischer-Tropsch synthesis and which, apart from the CO2 produced to obtain electricity, is configured as a process with negative emissions of CO2;

- la figura 7 rappresenta il process flow diagram del processo di produzione dell?Esempio 1, foglio 1, in cui: - figure 7 represents the process flow diagram of the production process of Example 1, sheet 1, in which:

? C-01: ? il compressore alimentazione di H2; ? C-01: ? the H2 supply compressor;

? R-01: ? il reattore elettrificato di RWGS; ? R-01: ? the electrified reactor of RWGS;

? HX-03: ? lo scambiatore di recupero termico a bassa temperatura; ? HX-03: ? the low temperature heat recovery exchanger;

? HX-04 ? il cooler finale del syngas; ? HX-04 ? the final syngas cooler;

? C-02 ? il compressore alimentazione della CO2; ? HX-01 ? il recuperatore carica/prodotto reattore RWGS; ? C-02 ? the CO2 supply compressor; ? HX-01 ? the RWGS reactor feed/product recovery unit;

? V-01 ? il primo separatore di H2O; ? V-01 ? the first H2O separator;

? V-02 ? il secondo separatore di H2O; ? V-02 ? the second H2O separator;

? HX-02 ? il generatore di vapore ad alta pressione; ? HS ? High Pressure Steam; ? HX-02 ? the high pressure steam generator; ? HS ? High Pressure Steam;

? LS ? Low Pressure Steam; ? LS ? Low Pressure Steam;

? HW ? High Pressure Boiler Feed Water; ? HW ? High Pressure Boiler Feed Water;

? LW ? Low Pressure Boiler Feed Water; ? LW ? Low Pressure Boiler Feed Water;

? CWS ? Cooling Water supply; ? CWS ? Cooling Water supplies;

? CWR ? Cooling Water Return; ? CWR ? cooling water return;

? PW ? Produced Water ; ? P.W.? Produced Water;

- la figura 8 rappresenta il process flow diagram del processo di produzione dell?Esempio 1, foglio 2, in cui: - figure 8 represents the process flow diagram of the production process of Example 1, sheet 2, in which:

? HX-05 ? il recuperatore carica prodotto MeOH; ? R-02 ? il reattore sintesi MeOH; ? HX-05 ? the recovery unit charges MeOH product; ? R-02 ? the MeOH synthesis reactor;

? C-03 ? il compressore di ricircolo; ? C-03 ? the recirculation compressor;

? HX-06 ? il condensatore di MeOH ; ? HX-06 ? the MeOH capacitor;

? V-03 ? il separatore di alta pressione MeOH; ? V-03 ? the MeOH high pressure separator;

? V-04 ? il separatore di bassa pressione MeOH ; ? HG ? High Pressure Steam ; ? V-04 ? the MeOH low pressure separator; ? HG ? High Pressure Steam;

? HW ? High Pressure Boiler Feed Water ; ? HW ? High Pressure Boiler Feed Water;

? CWS ? Cooling Water Supply; ? CWS ? Cooling Water Supply;

? CWR ? Cooling Water Return. ? CWR ? Cooling Water Return.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLA PRESENTE INVENZIONE DETAILED DESCRIPTION OF THE PRESENT INVENTION

Prima di descrivere dettagliatamente le forme di attuazione preferite della presente invenzione o di particolari della stessa, si ritiene utile precisare che il relativo ambito di tutela non ? limitato alle forme di attuazione particolari qui di seguito descritte. La divulgazione e la descrizione nel presente documento sono illustrative e esplicative di una o pi? forme di attuazione e varianti attualmente preferite, e risulter? chiaro agli esperti del ramo che vari cambiamenti nel design, nell'organizzazione, nell'ordine di funzionamento, nei mezzi di funzionamento, nelle strutture delle apparecchiature e posizione, nella metodologia e uso di equivalenti meccanici potranno essere apportati senza per questo risultare estranei allo spirito dell'invenzione. Poich? molte forme di attuazione diverse e distinte possono essere fatte nell'ambito dei concetti qui insegnati, e poich? sono molteplici le modifiche che possono essere apportate alle forme di attuazione qui descritte, si deve comprendere che i dettagli qui di seguito forniti devono essere interpretati come illustrativi e non limitativi dello spirito dell?invenzione. Before describing in detail the preferred embodiments of the present invention or details of the same, it is considered useful to specify that the related scope of protection does not limited to the particular embodiments described below. The disclosure and description herein are illustrative and explanatory of one or more currently preferred embodiments and variants, and will result? clear to those skilled in the art that various changes in design, organization, order of operation, means of operation, equipment structures and location, methodology and use of mechanical equivalents may be made without thereby being alien to the spirit of the invention. because many different and distinct embodiments can be made within the concepts taught here, and since? there are many modifications that can be made to the embodiments described herein, it must be understood that the details provided below must be interpreted as illustrative and not limiting of the spirit of the invention.

Sempre con riferimento alla figura 1, lo schema a blocchi descrive ad esempio una delle soluzioni concettuali innovative oggetto della presente invenzione. In questo caso una corrente gassosa contenente la CO2 viene miscelata a dell?Idrogeno prodotto da un elettrolizzatore e viene inviata a un reattore elettrificato in cui avviene la reazione di E-RWGS in modo da produrre una miscela di syngas adatta alla sintesi del Metanolo. Again with reference to Figure 1, the block diagram describes for example one of the innovative conceptual solutions object of the present invention. In this case a gaseous stream containing CO2 is mixed with hydrogen produced by an electrolyser and is sent to an electrified reactor where the E-RWGS reaction takes place so as to produce a mixture of syngas suitable for the synthesis of methanol.

Analogamente la figura 2 descrive una soluzione di processo in cui il reattore di E-RWGS si integra in uno schema in cui si producono idrocarburi liquidi mediante la sintesi di Fischer-Tropsch (FT). Anche in questo caso una corrente gassosa contenente la CO2 viene miscelata a dell?Idrogeno prodotto per via elettrolitica e inviato al reattore elettrificato di E-RWGS in modo da ottenere un syngas con una composizione adatta alla sintesi di Fisher-Tropsch e quindi alla produzione d?idrocarburi liquidi Similarly, Figure 2 describes a process solution in which the E-RWGS reactor is integrated into a scheme in which liquid hydrocarbons are produced by means of the Fischer-Tropsch (FT) synthesis. Also in this case a gaseous stream containing CO2 is mixed with hydrogen produced by electrolysis and sent to the electrified reactor of E-RWGS in order to obtain a syngas with a composition suitable for the Fisher-Tropsch synthesis and therefore for the production of ?liquid hydrocarbons

In un aspetto della presente invenzione, tra i reattori elettrificati che possono essere utilizzati convenientemente nel processo, si possono citare i ?resistance-heated reactors? in cui il catalizzatore ? scaldato per effetto Joule come ad esempio descritto nell?articolo pubblicato in Science 364, (2019), 756?759. Questa soluzione consente di ridurre significativamente i gradienti di temperatura radiale attraverso lo strato di catalizzatore e di trasferire in modo molto pi? efficace di quanto accade nei reattori di SR termici che utilizzano dei forni che sono forti emettitori di CO2, il calore alla zona in cui avvengono le reazioni fortemente endotermiche, come la seguente [6]. In one aspect of the present invention, among the electrified reactors which can be conveniently used in the process, the ?resistance-heated reactors? in which the catalyst ? heated by the Joule effect as for example described in the article published in Science 364, (2019), 756?759. This solution makes it possible to significantly reduce the radial temperature gradients through the catalyst layer and to transfer the heat much more quickly. effective than what happens in thermal SR reactors that use furnaces that are strong emitters of CO2, the heat to the zone in which strongly endothermic reactions take place, such as the following [6].

CH4 H2O ? CO 3H2 (?H = 206 kJ/mol) [6] CH4 H2O ? CO 3H2 (?H = 206 kJ/mol) [6]

Pi? in dettaglio si riporta che l?efficacia del trasferimento del calore nei reattori elettrificati passa da ca. il 50% (valore tipico dei reattori termici) a pi? del 90% a seconda delle soluzioni che vengono adottate. Al contempo, la possibilit? di evitare forni di riscaldamento, consente di ridurre drasticamente le dimensioni dei reattori e le emissioni di CO2 all?atmosfera. Pi? in detail it is reported that the effectiveness of heat transfer in electrified reactors goes from approx. 50% (typical value of thermal reactors) to pi? by 90% depending on the solutions that are adopted. At the same time, the possibility of avoiding heating furnaces, allows to drastically reduce the dimensions of the reactors and the emissions of CO2 into the atmosphere.

Tra i reattori elettrificati che si possono utilizzare convenientemente nel processo della presente invenzione, sono inclusi anche gli ?induction-heated reactors? che sfruttano il riscaldamento a induzione elettromagnetica di un oggetto elettricamente conduttore attraverso il calore generato all?interno dell?oggetto stesso da correnti parassite (edge current). Questa tipologia di reattori viene descritta ad es. la pubblicazione, Ind. Eng. Chem. Res., 56 (2017) 14006?14013, che dimostra sperimentalmente la possibilit? di effettuare le reazioni di SR in un reattore contenente catalizzatori a base di nanoparticelle di Nickel?Cobalto. Il co-componente del catalizzatore con un?alta temperatura di Curie, ? in questo caso in grado di trasferire all?ambiente di reazione il calore necessario. Among the electrified reactors which can be conveniently used in the process of the present invention, are also included the ?induction-heated reactors? which exploit the electromagnetic induction heating of an electrically conductive object through the heat generated inside the object itself by eddy currents (edge current). This type of reactor is described e.g. the publication, Ind. Eng. Chem. Res., 56 (2017) 14006?14013, which experimentally demonstrates the possibility to carry out the SR reactions in a reactor containing catalysts based on Nickel?Cobalt nanoparticles. The co-component of the catalyst with a high Curie temperature, ? in this case capable of transferring the necessary heat to the reaction environment.

Queste soluzioni adottate ad es. per la reazione di SR, che richiede alte temperature e pressioni, possono essere estese e sviluppate in modo ancora pi? vantaggioso per i processi di E-RWGS elettrificati in cui le reazioni chimiche richiedono circa 1/5 del calore necessario ai processi di SR. These solutions adopted eg. for the SR reaction, which requires high temperatures and pressures, can be extended and developed even more? advantageous for electrified E-RWGS processes where chemical reactions require about 1/5 of the heat required for SR processes.

Nella Tabella 1 si riportano in estrema sintesi i valori di confronto tra i consumi e le emissioni per tonnellata di Metanolo prodotto con: Table 1 summarizes the comparison values between consumption and emissions per ton of methanol produced with:

i) i migliori processi convenzionali (Best Available Technologies ? BAT) che utilizzano il gas naturale, ii) i processi di idrogenazione diretta della CO2 che utilizzano H2 prodotto dall?elettrolisi della H2O iii) i processi di produzione di metanolo con il processo della presente invenzione in cui si include uno stadio intermedio di E-RWGS (vedi Esempio 1) e si utilizza H2 prodotto dall?elettrolisi della H2O. i) the best conventional processes (Best Available Technologies ? BAT) using natural gas, ii) direct hydrogenation processes of CO2 using H2 produced by the electrolysis of H2O iii) methanol production processes with the present process invention in which an intermediate stage of E-RWGS is included (see Example 1) and H2 produced by the electrolysis of H2O is used.

TABELLA 1 TABLE 1

(A) BAT ? Best Available Technologies (i) CHEMSYSTEMSPERP PROGRAM Methanol 07/08-2 November 2008 revisionato e aggiornato e (ii) Methanol: The Basic Chemical and Energy Feedstock of the Future, Asinger's Vision Today, Editors: (A) BAT ? Best Available Technologies (i) CHEMSYSTEMSPERP PROGRAM Methanol 07/08-2 November 2008 revised and updated and (ii) Methanol: The Basic Chemical and Energy Feedstock of the Future, Asinger's Vision Today, Editors:

(B) E-MeOH via idrogenazione diretta della CO2 (Appl. Energy 233-234 (2018) 1078-1093) (B) E-MeOH via direct hydrogenation of CO2 (Appl. Energy 233-234 (2018) 1078-1093)

(C) MeOH via E-RWGS (vedi Esempio 1) (C) MeOH via E-RWGS (see Example 1)

Dalla tabella si evince che il processo della presente invenzione consente un vantaggio notevole nei valori di Carbon Efficiency (moli di carbonio introdotte nel processo/moli di carbonio convertite in MeOH) sia rispetto alla produzione di MeOH ottenuta per idrogenazione diretta della CO2 che utilizzano idrogeno prodotto per via elettrolitica (processi denominati anche di E-MeOH) ma anche rispetto ai processi di produzione del MeOH da Gas Naturale. Il processo della presente invenzione consente inoltre di ridurre le emissioni di CO2 di pi? di un ordine di grandezza rispetto a quelle delle altre soluzioni tecnologiche di riferimento. From the table it can be seen that the process of the present invention allows a considerable advantage in the Carbon Efficiency values (moles of carbon introduced into the process/moles of carbon converted into MeOH) both compared to the production of MeOH obtained by direct hydrogenation of CO2 using hydrogen produced by electrolytic means (processes also called E-MeOH) but also with respect to the production processes of MeOH from Natural Gas. The process of the present invention also allows to reduce CO2 emissions more? of an order of magnitude compared to those of the other reference technological solutions.

I valori di Energy Efficiency e di Carbon Efficiency sono influenzati principalmente dalla quantit? e dalla qualit? di energia elettrica consumata nei processi di elettrolisi (vedi Esempio 1) e ovviamente rendono la soluzione tecnologica pi? vantaggiosa in contesti in cui si utilizza un surplus di energia elettrica altrimenti difficilmente utilizzabile e/o in contesti in cui sia disponibile energia elettrica rinnovabile. The Energy Efficiency and Carbon Efficiency values are mainly influenced by the quantity? and from the quality? of electricity consumed in the electrolysis processes (see Example 1) and obviously make the technological solution more? advantageous in contexts in which a surplus of electricity is used which would otherwise be difficult to use and/or in contexts in which renewable electricity is available.

Il processo della presente invenzione si confronta con una soluzione nota, studiata sin dalla fine degli anni 90 del secolo scorso e denominata CAMERE (CO2 Hydrogenation to form Methanol via a Reverse-Water-Gas-Shift Reaction; pubblicata in Ind. Eng. Chem. Res. 38 (1999) 1808-1812). Il processo, illustrato in Figura 3, si compone di due sezioni; nella prima una miscela che contiene CO2 e H2 entra in un reattore termico di RWGS a ca. 500?C e 10 atm (1,01 MPa) producendo CO e H2O secondo l?equazione precedentemente descritta [1]. Successivamente l?acqua viene separata e la miscela gassosa per il 40% viene riciclata, mentre il rimanente 60% v/v, che deve avere una composizione in cui il rapporto (H2-CO2)/(CO+CO2) ? circa uguale a 2 v/v, viene inviato alla sezione successiva di compressione e poi di sintesi del MeOH che nel processo CAMERE si realizza a una temperatura di 250?C e alla pressione di 30 atm (3,04 MPa). The process of the present invention is compared with a known solution, studied since the end of the 90s of the last century and called CAMERE (CO2 Hydrogenation to form Methanol via a Reverse-Water-Gas-Shift Reaction; published in Ind. Eng. Chem. Res. 38 (1999) 1808-1812). The process, illustrated in Figure 3, consists of two sections; in the first, a mixture containing CO2 and H2 enters a thermal reactor of RWGS at ca. 500°C and 10 atm (1.01 MPa) producing CO and H2O according to the previously described equation [1]. Subsequently the water is separated and the gaseous mixture for 40% is recycled, while the remaining 60% v/v, which must have a composition in which the ratio (H2-CO2)/(CO+CO2) ? approximately equal to 2 v/v, it is sent to the subsequent compression and then synthesis section of the MeOH which in the CAMERE process is carried out at a temperature of 250°C and at a pressure of 30 atm (3.04 MPa).

Tuttavia il processo CAMERE, arrivato allo stadio di impianto pilota, non ? mai stato sviluppato su scala industriale. Industrialmente il reattore termico di RWGS dovrebbe infatti operare preferibilmente ad alta temperatura (maggiore di 700?C) e bassa pressione (inferiore a 15 atm) per sfavorire le reazioni parassite di metanazione precedentemente descritte nelle equazioni [4-5]. However, the ROOMS process, which has reached the pilot plant stage, is not never been developed on an industrial scale. Industrially, the RWGS thermal reactor should in fact preferably operate at high temperature (greater than 700°C) and low pressure (less than 15 atm) to disfavor the parasitic methanation reactions previously described in equations [4-5].

Il reattore termico industriale richiederebbe quindi l?utilizzo di un forno che utilizzerebbe la combustione di idrocarburi e che quindi sarebbe emettitore della stessa CO2 che s?intende poi convertire. Al contrario la sintesi del MeOH ? favorita dalle alte pressioni (P > 50 atm) e da temperature di reazione relativamente basse (ca. 250?C). Il syngas prodotto a bassa pressione nella RWGS dovrebbe quindi essere raffreddato e compresso con un forte dispendio energetico. The industrial thermal reactor would therefore require the use of an oven which would use the combustion of hydrocarbons and which would therefore be an emitter of the same CO2 which it then intends to convert. On the contrary, the synthesis of MeOH ? favored by high pressures (P > 50 atm) and relatively low reaction temperatures (about 250?C). The syngas produced at low pressure in the RWGS would then have to be cooled and compressed with a high expenditure of energy.

Per queste ragioni, come gi? menzionato, il processo CAMERE ? stato sperimentato operando il reattore termico di RWGS a ca. 500?C e 10 atm e comprimendo successivamente il gas di sintesi ottenuto a 30 atm ed effettuando la sintesi del MeOH a 250?C. L?idrogeno, inoltre, ? stato prodotto da fonti non rinnovabili. For these reasons, as already? mentioned, the process ROOMS ? been tested by operating the thermal reactor of RWGS at ca. 500°C and 10 atm and subsequently compressing the synthesis gas obtained at 30 atm and carrying out the synthesis of MeOH at 250°C. Furthermore, hydrogen? produced from non-renewable sources.

Complessivamente il processo CAMERE non porta a miglioramenti, sia per ci? che riguarda le emissioni di CO2, sia per ci? che riguarda la Carbon Efficiency, sia per ci? che riguarda l?efficienza energetica, rispetto ai processi ?convenzionali? di produzione del MeOH che utilizzano Gas Naturale (GN) e prevedono la produzione di gas di sintesi con le tecnologie Steam Reforming (SR), AutoThermal Reforming (ATR) e Combined Reforming (CR), non-Catalytic Partial Oxidation (POx) descritte ad esempio in: Overall, the ROOMS process does not lead to improvements, either for what? that concerns CO2 emissions, both for ci? that concerns the Carbon Efficiency, both for ci? which concerns energy efficiency, compared to ?conventional? processes? of MeOH production which use Natural Gas (NG) and involve the production of synthesis gas with the Steam Reforming (SR), AutoThermal Reforming (ATR) and Combined Reforming (CR), non-Catalytic Partial Oxidation (POx) technologies described in example in:

- ?Technologies for large-scale gas conversion?, - ?Technologies for large-scale gas conversion?,

Applied Catalysis A: General, 221 (1-2), p.379, Nov 2001; Applied Catalysis A: General, 221 (1-2), p.379, Nov 2001;

- ?Synthesis Gas production by Steam Reforming?, - ?Synthesis Gas production by Steam Reforming?,

EP1097105A1; EP1097105A1;

-Adv. Catal. 47 (2002), pp. 65?139; -Adv. Catal. 47 (2002), p. 65?139;

- ?Catalytic Steam Reforming?; Rostrup-Nielsen J.R.; pg 1-117, Catalysis Vol. 5, Edited by - ?Catalytic Steam Reforming?; Rostrup-Nielsen J.R.; pg 1-117, Catalysis Vol. 5, Edited by

Il processo, oggetto della presente invenzione, supera nettamente i limiti del processo noto CAMERE, utilizzando un reattore di E-RWGS elettrificato che pu? operare ad alta temperatura, compresa tra 650?C e 1000?C (in condizioni in cui si inibiscono la reazione di metanazione [4-5]) e preferibilmente compresa tra 700?C e 950?C e ad alta pressione compresa tra 25 e 100 atm (2,53 MPa e 10,13 MPa) e preferibilmente tra 30 e 80 atm (3,04 MPa e 8,11 MPa). The process, object of the present invention, clearly overcomes the limits of the known CAMERE process, using an electrified E-RWGS reactor which can operate at high temperature, between 650°C and 1000°C (under conditions in which the methanation reaction [4-5] is inhibited) and preferably between 700°C and 950°C and at high pressure between 25 and 100 atm (2.53 MPa and 10.13 MPa) and preferably between 30 and 80 atm (3.04 MPa and 8.11 MPa).

Inoltre il processo oggetto della presente invenzione prevede di utilizzare fonti d?idrogeno (AE, SOEC, PEME) prodotto attraverso processi di idrolisi che utilizzano preferibilmente energia rinnovabile o surplus di energia elettrica o proveniente da altri processi industriali che non lo utilizzano direttamente. Furthermore, the process object of the present invention provides for the use of hydrogen sources (AE, SOEC, PEME) produced through hydrolysis processes which preferably use renewable energy or electrical energy surplus or coming from other industrial processes which do not use it directly.

Il processo della presente invenzione prevede inoltre la possibilit? di utilizzare la CO2 separata da diverse fonti idrocarburiche (ad esempio bio-gas e gas acidi) oppure ottenuta come sottoprodotto di diversi processi industriali (ad esempio quelli da cui si pu? ottenere bluehydrogen). The process of the present invention also provides for the possibility to use the CO2 separated from various hydrocarbon sources (for example biogas and acid gases) or obtained as a by-product of various industrial processes (for example those from which bluehydrogen can be obtained).

Ad esempio, nella Figura 4 si riporta uno schema in cui la corrente di CO2trattata proviene dal bio-gas che in questo modo consente di ottenere uno stream di Bio-Metano (Bio-CH4) e di Bio-MeOH da fonti rinnovabili. For example, Figure 4 shows a diagram in which the treated CO2 stream comes from bio-gas which in this way allows to obtain a stream of Bio-Methane (Bio-CH4) and Bio-MeOH from renewable sources.

Pi? in particolare lo schema della Figura 4 consente di realizzare una produzione di Bio-CH4 e Bio-MeOH con emissioni negative di CO2 a meno di quella emessa nella produzione di energia elettrica. Se quest?ultima viene ottenuta da fonti rinnovabili completamente o almeno in parte o se viene prelevata da un contesto che la produce in eccesso, lo schema configura un processo ad emissioni negative di CO2. Pi? in particular, the scheme in Figure 4 allows for the production of Bio-CH4 and Bio-MeOH with negative emissions of CO2 less than that emitted in the production of electricity. If the latter is obtained completely or at least in part from renewable sources or if it is taken from a context that produces it in excess, the scheme configures a process with negative CO2 emissions.

Nella Figura 5 si riporta invece uno schema a blocchi semplificato in cui un processo di produzione di Blue-Hydrogen (come quello descritto in US2012/031391 A1 in cui si ottiene una corrente d?idrogeno e una corrente ad alta concentrazione di CO2) viene integrato con uno stadio di E-RWGS e di sintesi del MeOH. Figure 5 instead shows a simplified block diagram in which a Blue-Hydrogen production process (such as the one described in US2012/031391 A1 in which a stream of hydrogen and a stream with a high concentration of CO2 are obtained) is integrated with one step of E-RWGS and MeOH synthesis.

Nella Figura 6, si riporta invece uno schema a blocchi semplificato in cui un processo di produzione di Blue-Hydrogen (come quello descritto in US2012/031391 A1) in cui si ottiene una corrente d?idrogeno e una corrente ad alta concentrazione di CO2, viene integrato con uno stadio di E-RWGS e di sintesi di Fischer Tropsch (F-T) degli idrocarburi liquidi. Figure 6, on the other hand, shows a simplified block diagram in which a Blue-Hydrogen production process (such as the one described in US2012/031391 A1) in which a stream of hydrogen and a stream with a high concentration of CO2 are obtained, it is integrated with a stage of E-RWGS and Fischer Tropsch (F-T) synthesis of liquid hydrocarbons.

Gli schemi delle Figure 5 e 6 includono, in particolare, una tecnologia di Ossidazione Parziale Catalitica (CPO)(nelle pagine seguenti sono inclusi i riferimenti di 16 brevetti e 5 pubblicazioni che descrivono la tecnologia) a basso tempo di contatto che consente di produrre syngas senza utilizzare dei forni di pre-riscaldamento e quindi particolarmente adatta a confinare tutte le emissioni di CO2 nel gas di processo da cui pu? essere interamente recuperata. The schemes of Figures 5 and 6 include, in particular, a Catalytic Partial Oxidation (CPO) technology (in the following pages are included the references of 16 patents and 5 publications describing the technology) with low contact time which allows to produce syngas without using pre-heating ovens and therefore particularly suitable for confining all CO2 emissions in the process gas from which it can? be fully recovered.

L?utilizzo di questa CO2 secondo il processo della presente invenzione in particolare negli schemi riportati nelle figure 5 e 6, che includono un reattore di E-RWGS, consente di trasformare tutte o parte delle emissioni di CO2, in un prodotto chimico o in un combustibile di origine rinnovabile e di spostare quindi anche la quota corrispondente di H2 da blue a green. The use of this CO2 according to the process of the present invention, in particular in the diagrams shown in figures 5 and 6, which include an E-RWGS reactor, allows to transform all or part of the CO2 emissions into a chemical product or a fuel of renewable origin and therefore also to shift the corresponding share of H2 from blue to green.

Gli schemi riportati nelle figure 5 e 6 inoltre prevedono di utilizzare la produzione di O2 associata a quella di H2 nell?elettrolisi dell?acqua, per alimentare il processo di CPO con un ulteriore miglioramento dell?efficienza globale del processo. The diagrams shown in figures 5 and 6 also envisage using the production of O2 associated with that of H2 in the electrolysis of water, to feed the CPO process with a further improvement in the overall efficiency of the process.

Gli schemi delle Figure 5 e 6 possono essere sviluppato ottenendo la produzione di H2 anche attraverso i processi di Steam Reforming (SR), AutoThermal Reforming (ATR) e Combined Reforming (CR) ma l?utilizzo della tecnologia CPO li rende di gran lunga pi? efficienti e riduce drasticamente le emissioni di CO2 in quanto consente di eliminare tutti i forni di processo. The diagrams of Figures 5 and 6 can be developed by obtaining the production of H2 also through the processes of Steam Reforming (SR), AutoThermal Reforming (ATR) and Combined Reforming (CR) but the use of CPO technology makes them much more ? efficient and drastically reduces CO2 emissions as it eliminates all process ovens.

La tecnologia CPO cui ci si riferisce ? descritta numerosi documenti di letteratura tra i quali si citano: Which CPO technology are you referring to? described numerous literature documents among which are mentioned:

- WO2020058859 (A1), WO2016016257 (A1), WO2016016256 (A1), WO2016016253 (A1), WO2016016251 (A1), WO 2011151082, WO 2009065559, WO 2011072877, US 2009127512, WO 2007045457, WO 2006034868, US 2005211604, WO 2005023710, WO 9737929, EP 0725038, EP 0640559, - WO2020058859 (A1), WO2016016257 (A1), WO2016016256 (A1), WO2016016253 (A1), WO2016016251 (A1), WO 2011151082, WO 2009065559, WO 2011072877 , US 2009127512 , WO 2007045457 , WO 2006034868 , US 2005211604 , WO 2005023710 , WO 9737929, EP 0725038, EP 0640559,

- ?Issues in H2 and synthesis gas technologies for refinery, GTL and small and distributed industrial needs?; - ?Issues in H2 and synthesis gas technologies for refinery, GTL and small and distributed industrial needs?;

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Esempio 1 Example 1

Processo di conversione di CO2 a MeOH Process of converting CO2 to MeOH

Sono 15.000 gli impianti europei che producono biogas, una miscela che contiene circa il 50% di CH4 e il 50% di CO2 attraverso il processo di digestione anaerobica. Il biometano ottenuto dopo la rimozione di CO2 viene iniettato nella rete di gas naturale e utilizzato ad esempio per l?autotrazione o la produzione di elettricit?. Questa soluzione ? ampiamente applicata in tutta Europa e gode di sovvenzioni statali. Tuttavia il calo dei costi di produzione dell?energia rinnovabile consentir? di sviluppare nuove soluzioni. In particolare delle soluzioni che includano unit? di processo dedicate al riutilizzo della CO2. Le piccole dimensioni degli impianti Europei fanno s? che le portate disponibili di CO2 siano comprese tra 100 e 500 Nm<3>/ora e si pu? considerare un valore medio di 300 Nm<3>/ora associato a un impianto di biogas che produce 1,2 MW di elettricit?. There are 15,000 European plants that produce biogas, a mixture that contains about 50% CH4 and 50% CO2 through the anaerobic digestion process. The biomethane obtained after the removal of CO2 is injected into the natural gas network and used, for example, for automotive or electricity generation. This solution ? widely applied throughout Europe and enjoys state subsidies. However, the decline in production costs of renewable energy will allow? to develop new solutions. In particular, solutions that include units? processes dedicated to the reuse of CO2. The small dimensions of the European plants make s? that the available flow rates of CO2 are between 100 and 500 Nm<3>/hour and you can? consider an average value of 300 Nm<3>/hour associated with a biogas plant that produces 1.2 MW of electricity.

Il processo esemplificato combina flussi di CO2proveniente dal bio-gas e di H2 verde ottenuto attraverso l?elettrolisi, per la produzione di MeOH. The exemplified process combines streams of CO2 from biogas and green H2 from electrolysis to produce MeOH.

In particolare si ? sviluppato uno studio tecnico economico in cui si utilizzano ca. 300 Nm<3>/ora di CO2 e 938 Nm<3>/ora di H2 prodotti da Polymer Electrolyte Membrane Electrolyzer (PEME). Lo studio ? stato sviluppato utilizzando il software Aspen Plus V10 simulando le performances di letteratura delle unit operations di RWGS e di sintesi del MeOH. In particular yes? developed an economic technical study in which approx. 300 Nm<3>/hour of CO2 and 938 Nm<3>/hour of H2 produced by Polymer Electrolyte Membrane Electrolyzer (PEME). I study ? It was developed using the Aspen Plus V10 software by simulating the literature performances of the RWGS and MeOH synthesis unit operations.

Schema di processo Process diagram

Il flowsheet utilizzato ? rappresentato nelle Figure 7 e 8. Nello schema adottato sia la CO2 che l?H2 sono compressi a ca. 50 bar e successivamente l?Idrogeno viene diviso in due flussi. Il primo miscelato con la CO2, la miscela viene scaldata a 650?C prima di entrare nel reattore di E-RWGS che si assume operi a 950?C. La corrente in uscita al reattore contenente CO2, H2, CO, H2O e CH4 viene raffreddata a 20?C per rimuovere l?acqua prodotta dalla reazione di E-RWGS. Lo stream gassoso cos? ottenuto ? miscelato con l?Idrogeno per aggiustare il modulo Metanolo (SN) del syngas The flowsheet used? represented in Figures 7 and 8. In the scheme adopted both CO2 and H2 are compressed to approx. 50 bar and subsequently the hydrogen is divided into two flows. First mixed with CO2, the mixture is heated to 650?C before entering the E-RWGS reactor which is assumed to operate at 950?C. The reactor outlet stream containing CO2, H2, CO, H2O and CH4 is cooled to 20°C to remove the water produced by the E-RWGS reaction. What is the gaseous stream? obtained ? mixed with Hydrogen to adjust the Methanol (SN) modulus of the syngas

SN = (H2-CO2)/(CO+CO2) SN = (H2-CO2)/(CO+CO2)

Il syngas cos? ottenuto ? miscelato con lo stream di riciclo della sezione di sintesi del MeOH e scaldato a 250?C prima di entrare nel reattore di sintesi del MeOH che opera a ca. 50 bar. Il prodotto della reazione viene raffreddato a 25?C per separare la miscela di Acqua e MeOH dalle specie che rimangono gassose. Il 10% v/v dello stream gassoso viene spurgato per evitare l?accumulo di sottoprodotti (e.g. CH4) mentre il resto ? riciclato al reattore di sintesi del MeOH. The syngas what? obtained ? mixed with the recycle stream of the MeOH synthesis section and heated to 250°C before entering the MeOH synthesis reactor which operates at approx. 50 bars. The reaction product is cooled to 25°C to separate the mixture of Water and MeOH from the species which remain gaseous. 10% v/v of the gaseous stream is purged to avoid the accumulation of by-products (e.g. CH4) while the rest ? recycled to the MeOH synthesis reactor.

Unit? di E-RWGS unit? by E-RWGS

Il reattore opera all?equilibrio a 950?C e 50 atm utilizzando un catalizzatore di Ni/Al2O3 e una gas hour space velocity (GHSV) uguale a 5000 NL/(kg x ora). L?alimentazione utilizza un rapporto H2/CO2 = 2 v/v. The reactor operates at equilibrium at 950°C and 50 atm using a Ni/Al2O3 catalyst and a gas hour space velocity (GHSV) equal to 5000 NL/(kg x hour). The power supply uses a ratio of H2/CO2 = 2v/v.

Il disegno del reattore considera la sua elettrificazione con un?efficienza di trasferimento di calore generato per effetto Joule del 90%. La generazione di calore in situ nell?ambiente di reazione minimizza le limitazioni al trasferimento di calore. Questa situazione si ottiene utilizzando ad esempio, come supporto nel letto catalitico, un monolite di FeCrAl a forma di knitted gauze ad alta resistivit? sulla cui superficie ? depositata la fase attiva. The design of the reactor considers its electrification with a heat transfer efficiency generated by the Joule effect of 90%. In situ heat generation in the reaction environment minimizes heat transfer limitations. This situation is obtained by using, for example, a monolith of FeCrAl in the shape of a high resistivity knitted gauze as a support in the catalytic bed. on whose surface? active phase deposited.

La resistivit? all?interno del letto catalitico viene massimizzata disperdendo le reti tra materiali ceramici che evitano cortocircuito elettrico e al contempo permettono alla miscela di reazione di attraversare il letto catalitico. Il carico di potenza si ottiene minimizzando il flusso della corrente utilizzando una bassa tensione e un alto amperaggio. The resistivity inside the catalytic bed is maximized by dispersing the networks between ceramic materials which avoid electrical short circuit and at the same time allow the reaction mixture to pass through the catalytic bed. Power loading is achieved by minimizing current flow using low voltage and high amperage.

Reattore di sintesi del MeOH MeOH synthesis reactor

Il reattore opera a 50 bar e ad una temperature isoterma di 250?C ed ? stato simulato come un reattore di equilibrio con temperature di approccio di 10?C. I risultati della simulazione sono stati confrontati con quelli di un reattore industriale che utilizza un catalizzatore commerciale a base di Cu/ZnO/Al2O3 e che opera con una GHSV di 8.000 NL/(kg x ora). Lo spurgo sul gas di riciclo ? stato ottenuto inserendo un?unit? di Pressure Swing Adsorption (PSA) che consente di recuperare il 90% dell?idrogeno e reinserirlo nel loop di sintesi. The reactor operates at 50 bar and at an isothermal temperature of 250?C and ? been simulated as an equilibrium reactor with approach temperatures of 10?C. The simulation results were compared with those of an industrial reactor using a commercial Cu/ZnO/Al2O3 based catalyst and operating with a GHSV of 8,000 NL/(kg x hour). The purge on the recycle gas ? been obtained by inserting a? unit? of Pressure Swing Adsorption (PSA) which allows 90% of the hydrogen to be recovered and reinserted into the synthesis loop.

Risultati Results

Le Tabelle 2-9 includono le indicazioni sui bilanci di materia e di energia e sulle principali condizioni di processo. Tables 2-9 include information on material and energy balances and on the main process conditions.

Nella Tabella 10 si includono i consumi complessivi di materia e di energia per due casi in cui; Table 10 includes the total consumption of materials and energy for two cases in which;

Caso A: non si utilizza nessuno spurgo nel loop di sintesi del Metanolo, 7.5% v/v di Metano in ingresso e 9.5% v/v di Metano in uscita (situazione preferita) Case A: no purge is used in the Methanol synthesis loop, 7.5% v/v Methane input and 9.5% v/v Methane output (preferred situation)

Caso B: Il 10% v/v del gas di riciclo del loop di sintesi del Metanolo ? spurgato, 5.6% v/v di Metano in ingresso, 7.1% v/v di Metano in uscita. Lo spurgo ? bruciato per produrre energia termica che viene utilizzata da un Organic Renking Cycle. Case B: 10% v/v Methanol synthesis loop recycle gas ? purged, 5.6% v/v Methane in, 7.1% v/v Methane out. I purge it? burned to produce thermal energy which is used by an Organic Renking Cycle.

(1)riferito a Metanolo puro (1) referred to pure Methanol

(2) emissioni in atmosfera senza recupero energetico (2) emissions into the atmosphere without energy recovery

(3) senza recupero di calore (3) without heat recovery

(4) 4.6 kWh/Nm3(H2) consumo (4) 4.6 kWh/Nm3(H2) consumption

Claims (11)

RIVENDICAZIONI 1. Processo per la conversione della CO2 pura o contenuta in correnti gassose di varia natura mediante l?utilizzo di un reattore di Reverse Water Gas Shift elettrificato(E-RWGS) in cui viene co-alimentata una corrente gassosa contenente H2 e che viene integrato in schemi di processo che portano alla produzione di combustibili e prodotti chimici.1. Process for the conversion of pure CO2 or CO2 contained in gaseous streams of various kinds through the use of an electrified Reverse Water Gas Shift reactor (E-RWGS) in which a gaseous stream containing H2 is co-feeded and which is integrated in process schemes leading to the production of fuels and chemicals. 2. Processo secondo la rivendicazione 1, in cui la trasformazione della CO2, che avviene nel reattore di E-RWGS elettrificato, utilizza come reagente Idrogeno prodotto da processi di elettrolisi.2. Process according to claim 1, wherein the transformation of the CO2, which takes place in the electrified E-RWGS reactor, uses Hydrogen produced by electrolysis processes as the reactant. 3. Processo secondo la rivendicazione 1, in cui la trasformazione della CO2 avviene in un reattore di E-RWGS elettrificato che utilizza come reagente una corrente contenente Idrogeno che viene resa disponibile come sottoprodotto da diversi processi industrialiThe process according to claim 1, wherein the transformation of the CO2 takes place in an electrified E-RWGS reactor which uses as a reactant a stream containing Hydrogen which is made available as a by-product by various industrial processes 4. Processo secondo le rivendicazioni 1?3, in cui l?elettricit? necessaria ai processi di RWGS e/o di elettrolisi ? prodotta da fonti rinnovabili.4. Process according to claims 1?3, in which the electricity? necessary for the RWGS and/or electrolysis processes? produced from renewable sources. 5. Processo secondo le rivendicazioni 1?4, in cui il reattore E-RWGS elettrificato si integra in schemi di processo per la produzione del MeOH.5. Process according to claims 1?4, wherein the electrified E-RWGS reactor is integrated in process schemes for the production of MeOH. 6. Processo secondo le rivendicazioni 1?4, in cui il reattore E-RWGS elettrificato si integra in schemi di processo in cui ? incluso uno stadio di Fischer-Tropsch per la produzione di idrocarburi liquidi utilizzabili nei settori della chimica e dell?energia6. Process according to claims 1?4, wherein the electrified E-RWGS reactor integrates into process schemes wherein? including a Fischer-Tropsch stage for the production of liquid hydrocarbons that can be used in the chemical and energy sectors 7. Processo secondo le rivendicazioni 1-6, in cui il reattore di E-RWGS viene operato a pressioni comprese tra 10 e 100 atm e preferibilmente a pressioni tra 30 e 80 atm e temperature comprese tra 500 e 1000?C e preferibilmente a temperature comprese tra 650 e 950?C.7. Process according to claims 1-6, wherein the E-RWGS reactor is operated at pressures ranging from 10 to 100 atm and preferably at pressures ranging from 30 to 80 atm and temperatures ranging from 500 to 1000°C and preferably at between 650 and 950?C. 8. Processo secondo le rivendicazioni 1-7, in cui il reattore di E-RWGS elettrificato ? integrato in schemi di processo che utilizzano il Bio-Gas per la produzione di MeOH dalla CO2 e di Bio-CH4.8. Process according to claims 1-7, wherein the reactor of electrified E-RWGS is integrated into process schemes using Bio-Gas for the production of MeOH from CO2 and Bio-CH4. 9. Processo secondo le rivendicazioni 1?7, in cui il reattore elettrificato di E-RWGS ? integrato in processi di produzione di Metanolo o di composti idrocarburici liquidi, utilizzando Gas Naturale Acido, ricco in CO2 e/o altri off-gas di processi industriali ad alto contenuto di CO2.9. Process according to claims 127, wherein the electrified reactor of E-RWGS ? integrated in production processes of Methanol or liquid hydrocarbon compounds, using Acid Natural Gas, rich in CO2 and/or other off-gases of industrial processes with a high CO2 content. 10. Processo secondo le rivendicazioni 1?7, in cui il reattore di E-RWGS elettrificato ? integrato in schemi di processo per la co-produzione di H2 e di MeOH in cui si utilizzano processi di produzione di gas di sintesi quali lo Steam Reforming, Autothermal Reforming, Combined Reforming e in particolare di Catalytic Partial Oxidation. 10. Process according to claims 127, wherein the reactor of electrified E-RWGS is integrated in process schemes for the co-production of H2 and MeOH in which synthesis gas production processes are used such as Steam Reforming, Autothermal Reforming, Combined Reforming and in particular Catalytic Partial Oxidation. 11. Processo secondo la rivendicazione 10, in cui il reattore di RWGS elettrificato ? integrato in schemi di processo per la co-produzione di H2 e di idrocarburi liquidi, in cui si utilizzano processi di produzione di gas di sintesi quali lo Steam Reforming, l?AutoThermal Reforming, il Combined Reforming e in particolare la Catalytic Partial Oxidation e gli idrocarburi liquidi si ottengono attraverso il processo di Fischer-Tropsch. 11. Process according to claim 10, wherein the RWGS reactor is electrified integrated in process schemes for the co-production of H2 and liquid hydrocarbons, in which synthesis gas production processes are used such as Steam Reforming, AutoThermal Reforming, Combined Reforming and in particular Catalytic Partial Oxidation and liquid hydrocarbons are obtained through the Fischer-Tropsch process.
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