Avaliação de catalisadores na reação de deslocamento de monóxido de carbono com vapor d’água

• Main Author: Meza Fuentes, Edgardo
• Publication Date: 2006
• Format: Master thesis
• Language: por
• Source: Repositório Institucional da UFBA
• Download full: http://repositorio.ufba.br/ri/handle/ri/20628
• topic: Físico Química; Catalisadores; Catálise; Níquel; Hidrogênio

A reação de deslocamento de monóxido de carbono com vapor d´água (water gas shift reaction, WGSR) é freqüentemente usada, em processos industriais,para aumentar a produção de hidrogênio, assim como para remover os óxidos de carbono das correntes produzidas pela reforma a vapor de hidrocarbonetos. Essa reação é favorecida por baixas temperaturas devido à sua exotermicidade, mas são necessárias altas temperaturas para se alcançar velocidades para fins industriais. Portanto, ela é freqüentemente conduzida em duas etapas, a primeira ocorrendo na faixa de 320-450oC (chamada high temperature shift, HTS) enquanto, na outra, monóxido de carbono é removido em condições termodinamicamente favoráveis, a 200-250oC (low temperature shift, LTS). A etapa de LTS é conduzida sobre catalisadores à base de cobre e zinco suportados em alumina, que são facilmente desativados por envenenamento e/ou sinterização do cobre e, portanto, é importante investigar novos sistemas. A fim de obter catalisadores isentos de cobre que possam ser mais resistentes à sinterização foi estudada, neste trabalho, a substituição do cobre pelo níquel em sólidos à base de alumínio e zinco. Os catalisadores foram preparados por técnicas de precipitação, a partir de nitrato de cobre, alumínio e zinco,seguida de aquecimento em diferentes temperaturas, de acordo com um planejamento fatorial de duas variáveis (temperatura de calcinação e razão molar Ni/Zn) em três níveis (T=300, 500 e 750 oC; Ni/Zn=0,5; 1,0 e 1,5), mantendo a razão molar Ni/Al constante (0,5). Amostras sem alumínio ou zinco também foram preparadas como referências. Os sólidos foram caracterizados por análise química, difração de raios X, termogravimetria, análise térmica diferencial, redução termoprogramada e medida de área superficial específica. Os catalisadores foram avaliados em um microreator de leito fixo, a 1 atm e 260oC, usando uma mistura gasosa (3%CO, 15%CO2, 60%H2 e 22% N2) e uma razão molar vapor/gás de 0,8. Os catalisadores usados foram caracterizados por difração de raios X e medida de área superficial específica. Foram observadas diferentes fases (óxido de alumínio,óxido de zinco,óxido de níquel, aluminato de zinco e aluminato de níquel) nos catalisadores dependendo da presença e do teor dos metais e da temperatura de calcinação. Durante a WGSR, foi produzido níquel metálico, considerado a fase ativa. Aumentando-se a temperatura de calcinação, os metais interagiram mais fortemente entre si e dificultaram a redução do níquel. A área superficial específica também mostrou dependência com a quantidade de metais e a temperatura. Os valores mais altos foram apresentados pelos sólidos contendo alumínio. De modo geral, esses catalisadores foram ativos na reação, enquanto as amostras isentas de alumínio não mostraram atividade. A adição de zinco aos catalisadores à base de alumínio aumentou a seletividade a dióxido de carbono para 100%, evitando a produção de metano. A amostra mais promissora foi aquela com Ni/Zn=1,0 e calcinada a 300oC, que possui elevada área superficial específica, sendo potencialmente mais resistente contra a sinterização, quando comparada à de cobre.