Estudo da atividade catalítica da pirita no processo de liquefação direta do carvão

Abstract

Este trabalho descreve o estudo da liquefação direta do carvão catarinense, empregando sulfeto férrico impregnado in situ (pirita sintética) ou pirita natural como catalisadores. O objetivo do estudo foi avaliar a atividade catalítica da pirita nesta reação, visando à produção de hidrocarbonetos líquidos leves. Os experimentos de liquefação foram conduzidos em reator de alta pressão, em escala de bancada e em sistema de batelada. O reator foi carregado com cerca de 20g de carvão impregnado com 2% em massa de pirita sintética ou misturado com 5% em massa de pirita natural como catalisadores. Foi ainda utilizada a tetralina como solvente, atmosfera de hidrogênio e temperaturas de reação de até 380ºC. As variáveis empregadas foram: a temperatura (300ºC, 350ºC e 380ºC), a pressão (25bar, 50bar e 75bar) e a natureza do catalisador (pirita sintética ou pirita natural). Os produtos das reações foram separados em óleos, asfaltenos e pré-asfaltenos através de fracionamento por solubilidade. Os resultados mostraram que a Conversão Total aumentou com a elevação da temperatura da reação, mas foi pouco influenciada pela variação da pressão de hidrogênio. A presença dos catalisadores incrementou a Conversão Total em 3% e 4,5%, quando empregada pirita natural e pirita sintética, respectivamente. Todas as reações foram majoritariamente seletivas em pré-asfaltenos. A elevação da temperatura aumentou a seletividade em pré-asfaltenos e a variação da pressão de hidrogênio não apresentou influência significativa na seletividade dos produtos. Em comparação com uma reação sem adição de catalisador, a seletividade em óleos aumentou em 5,5% com o uso de pirita natural como catalisador e em 11,6% com o uso da pirita sintética. O rendimento de todas as frações aumentou com a elevação da temperatura. O maior rendimento obtido em óleos foi de 10%. Conversões Totais e rendimentos em óleos mais expressivos não foram obtidos devido às limitações do reator, ou seja, as baixas temperaturas trabalhadas e a possível deficiência no sistema de agitação. <br>

Abstract: This work describes the study of direct liquefaction of a coal from Santa Catarina, employing ferric sulfide impregnated in situ (pyrite synthetic) or natural pyrite as catalysts. The aim of the study was to evaluate the catalytic activity of pyrite in this reaction, aiming at the production of lighter liquid hydrocarbons. The liquefaction experiments were conducted at bench scale in high-pressure batch reactor. The reactor was charged with about 20g of coal impregnated with 2 wt% of pyrite synthetic or mixed with 5 wt% of natural pyrite as catalysts. It was also used tetralin as solvent, atmosphere of hydrogen and reaction temperature of up to 380ºC. The variables used were: temperature (300ºC, 350°C and 380°C), pressure (25bar, 50bar and 75bar) and nature of the catalyst (pyrite synthetic or natural pyrite). The liquefaction products were separated into oils, asphaltenes and preasphaltenes by solvent fractionation. The results showed that Total Conversion increased with the increase of reaction temperature, but it was little influenced by variations in the pressure of hydrogen. Presence of catalysts increased Total Conversion in 3% and 4.5% when employed pyrite natural and synthetic pyrite, respectively. All reactions were mostly selective to preasphaltenes. Rising temperatures increased selectivity to preasphaltenes and the hydrogen pressure variation showed no significant effect on the selectivity of the products. In comparison with a reaction carried out without added catalyst, oil selectivity increased by 5.5% with the use of natural pyrite as catalyst and by 11.6% with the use of synthetic pyrite. Yield of all fractions increased with increasing reaction temperature. The higher oils yield obtained was 10%. Total Conversions and oil yields more expressive were not obtained due to limitations in the reactor, that is, low temperatures worked and possible deficiency in the stirring system.