Obtenção de gás de síntese a partir da reforma a seco de metano e dióxido de carbono utilizando catalisador de níquel liofilizado

Abstract

A reforma a seco do metano é um processo relevante do ponto de vista ambiental uma vez que consome CH4 e CO2, gases responsáveis pelo efeito estufa, e produz o gás de síntese. Este e´ utilizado para a obtenção de produtos químicos de valor agregado, como combustíveis sintéticos, metanol e hidrogênio. Além disso, a reforma com CO2 é a mais vantajosa em certas aplicações, pois fornece gás de síntese com menor relação H2/CO, tornando-se adequada à reação de Fischer-Tropsch por exemplo. Catalisadores de níquel e alumina são reconhecidos como os mais efetivos nas reações de reforma do metano, devido ao baixo custo e alta atividade. O objetivo desse trabalho é sintetizar catalisadores de níquel liofilizados e comparar o comportamento destes com um catalisador comercial (CCom) no processo de reforma a seco do metano com dióxido de carbono. Foram preparados catalisadores de Ni/Al2O3 via método sol-gel e liofilizados variando-se o percentual da fase ativa em 5% (LNi5), 10% (LNi10), 15% (LNi15) e 20% (LNi20). As amostras foram caracterizadas pelas técnicas de FTIR, DRX, EDS, MEV e Adsorção Física de Nitrogênio (Método BET). Os testes catalíticos foram realizados em uma termobalança nas temperaturas de 600 °C, 700 °C e 800 °C durante 5 horas. Todos os catalisadores se mostraram ativos e estáveis na reação de reforma, exceto o catalisador LNi5 e o CCom nas temperaturas de 600 °C e 700 °C, que tiveram a razão H2/CO próximas a zero. O catalisador LNi10 a 800 ºC apresentou a maior produção de gás de síntese (0,82 µmol/min de H2 e 0,95 µmol/min de CO) e uma razão H2/CO de 0,87. O CCom apresentou maior deposição de coque a 600 °C com 2,26 mg o que representa 4,52% da massa inicial de catalisador. O aumento do teor de níquel de 5% para 10% resultou em um ganho de gás de síntese de 1,31 µmol/min, 0,86 µmol/min e 1,25 µmol/min para as temperaturas de 600 °C, 700°C e 800°C respectivamente. O incremento do teor da fase ativa de 10% para 15% e 20% não apresentou resultados significativos na produção de gás de síntese. O processo de liofilização na etapa de secagem do catalisador se mostrou bastante satisfatório na reação de reforma a seco do metano produzindo razões H2/CO próximas a 1 que é o valor teórico.

Abstract : A dry reform of methane is an environmentally relevant process because consumes CH4 and CO2, gases responsible for the greenhouse effect, and produces the syngas. This is used to obtain value added chemicals products such as synthetic fuels, methanol and hydrogen. In addition, a reforming with CO2 is the most advantageous in certain applications for the supply of syngas with lower H2/CO ratio, making it suitable for the Fischer-Tropsch reaction for example. Nickel and alumina catalysts are recognized as the most effective in methane reforming reactions due to low cost and high activity. The objective of the work is to synthesize lyophilized nickel catalysts and to compare the behavior of these catalysts with a commercial catalyst (CCom) in the process of dry reforming methane with carbon dioxide. Ni/Al2O3 catalysts were prepared by sol-gel method and lyophilized by varying the percentage of active phase in 5% (LNi5), 10% (LNi10), 15% (LNi15) and 20% (LNi20). As samples were characterized by techniques of FTIR, DRX, EDS, MEV and Physical Nitrogen Adsorption (BET Method). The catalytic tests were performed on a thermobalance at temperatures of 600 °C, 700 °C and 800 °C for 5 hours. All catalysts are exhibited and are active in the reforming reaction except the LNi5 and CCom catalysts at temperatures of 600 °C and 700 °C, which has a H2/CO ratio around zero. The LNi10 catalyst at 800 °C has a higher production of syngas (0,82 µmol/min H2 and 0,95 µmol/min CO) and an H2/CO ratio of 0,87. The CCom showed higher carbon deposition at 600 °C with 2,26 mg which represents 4,52% of the initial mass of the catalyst. The increase of the nickel content from 5% to 10% resulted in a syngas gain of 1,31 µmol/min, 0,86 µmol/min and 1,25 µmol/min for the temperatures of 600 °C, 700 °C and 800 °C respectively. The increase of the active phase theory from 10% to 15% and 20% did not present significant results in the production of syngas. The lyophilization process in the drying stage of the catalyst has proved to be quite satisfactory in the dry reforming reaction of the methane yielding H2/CO ratios at 1 a is a theoretic value.