Study of the catalytic conversion of CO2 to CO by reverse water-gas shift reaction (RWGS) as a decarbonization alternative for the petroleum industry - Guimarães, Milena Mendonça (2024)
O aumento contínuo da concentração de gases do efeito estufa na atmosfera desde a Revolução Industrial é a origem das mudanças climáticas que acometem o planeta. A resolução dessa questão passa pela redução das emissões antropogênicas de CO2; desta forma, torna-se importante desenvolver alternativas para aproveitar o CO2 como matéria-prima para a obtenção de produtos de interesse comercial. A reação de deslocamento gás-água reversa (bastante conhecida pelo seu nome em inglês, reverse water-gas shift, comumente abreviado como RWGS), apontada como uma rota promissora nos esforços direcionados à descarbonização, consiste na hidrogenação do dióxido de carbono, dando origem a água e monóxido de carbono, que, por sua vez, é amplamente empregado na indústria química para a fabricação de uma grande variedade de produtos. No entanto, a existência de reações competitivas e a natureza endotérmica da reação RWGS fazem com que sua aplicação em escala industrial exija o desenvolvimento de catalisadores mais ativos e seletivos, processo que necessariamente envolve a busca por um conhecimento mais profundo da cinética da reação. Nesse contexto, o presente trabalho tem o objetivo de estudar o desempenho do catalisador comercial de CuO/ZnO/Al2O3 sob diferentes condições operacionais e obter valores de parâmetros cinéticos para as expressões de taxa de reação disponíveis na literatura. Para esse fim, foram realizados testes em temperaturas fixas de 330 °C, 380 °C e 430 °C (testes em patamares de temperatura) sob diferentes velocidades espaciais (18 m³ kg-1 h-1, 30 m³ kg-1 h-1 e 42 m³ kg-1 h-1) e razões molares H2/CO2 (1:1, 2.5:1 e 4:1), além de testes em rampa de temperatura (testes de light-off) da temperatura ambiente até 500 °C. A seletividade a monóxido de carbono obtida foi de 100% em todos os experimentos. Os testes em patamares de temperatura permitiram verificar que maiores temperaturas, maiores razões H2/CO2 e menores velocidades espaciais proporcionam conversões de CO2 mais altas. Os parâmetros cinéticos foram ajustados a partir dos dados experimentais das curvas de light-off fornecidas pelos testes em rampa de temperatura, devido à concordância observada entre essas curvas e os resultados dos testes isotérmicos. Os parâmetros foram estimados usando um modelo pseudo-homogêneo de reator de leito fixo em estado estacionário, aplicando as expressões de taxa de reação propostas por três diferentes grupos de pesquisa. A simulação das curvas de light-off com os parâmetros obtidos forneceu uma previsão satisfatória das tendências observadas experimentalmente, indicando que as curvas de light-off podem ser uma abordagem prática para a extração de informações cinéticas de uma forma mais simples e com menor número de experimentos necessários.