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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.75.2007.tde-14052007-172338
Documento
Autor
Nome completo
Alessandra Fonseca Lucredio
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2007
Orientador
Banca examinadora
Assaf, Elisabete Moreira (Presidente)
Cortez, Gilberto Garcia
Machado, Nádia Regina Camargo Fernandes
Sprung, Renato
Tremiliosi Filho, Germano
Título em português
"Aplicação de catalisadores de níquel e cobalto preparados via precursores do tipo hidrotalcita nas reações de reforma a vapor, oxidação parcial e reforma oxidativa do metano"
Palavras-chave em português
catalisadores
hidrotalcita
reforma
Resumo em português
Uma das principais aplicações do metano é a produção de gás de síntese, mistura de hidrogênio e monóxido de carbono. Três processos podem levar à formação de gás de síntese a partir do metano: reforma a vapor, reforma com CO2 e oxidação parcial. Vários catalisadores de metais não-preciosos foram estudados para os processos de reforma, embora a deposição de carbono ou a sinterização do metal sempre esteja presente. Catalisadores obtidos de precursores do tipo hidrotalcita têm se mostrado resistentes à coqueificação nas reações de reforma a vapor do metano, podendo ser aplicados ao processo combinado de reforma e oxidação parcial de metano para obtenção de gás de síntese, com potencial para minimizar as dificuldades inerentes aos processos: altas temperaturas e desativação do catalisador. Catalisadores de níquel e de cobalto, obtidos a partir de precursores do tipo hidrotalcita, com a adição de cério e de lantânio como promotores, foram preparados, caracterizados e aplicados em testes catalíticos nas reações de reforma a vapor, oxidação parcial e reforma oxidativa do metano, com o intuito de avaliar a atividade e estabilidade destes catalisadores e o efeito dos promotores. Os catalisadores não-promovidos foram obtidos por três métodos: método tradicional, método da co-precipitação com quelato, e troca-ânionica. A adição de promotores foi feita por troca-aniônica. Os compostos foram caracterizados por Energia dispersiva de Raios-X , Área Superficial Específica Total, Análise Termogravimétrica, Difração de Raios-X, Espectroscopia de Absorção na região do Infravermelho, Redução a Temperatura Programada, Espectroscopia Fotoeletrônica de Raios-X, Espectroscopia de Absorção de Raios-X e testes catalíticos com as reações de Reforma a vapor do metano, com razões molares de alimentação H2O:CH4= 4:1; 2:1 e 0,5:1, Oxidação Parcial do metano com razões molares de alimentação CH4:O2=2:1 e 4:1 e Reforma oxidativa do metano com razão molar de alimentação CH4:H2O:O2= 4:4:1. Os catalisadores mostraram-se ativos nas reações de reforma a vapor do metano, com exceção dos catalisadores de cobalto que não foram ativos para a razão de alimentação H2O:CH4= 4:1. A adição de promotores favoreceu a reação de deslocamento gás-água. Nas reações de oxidação parcial do metano, os catalisadores foram ativos para a razão de alimentação CH4:O2=4:1, com considerável redução na velocidade de formação de carbono para os catalisadores promovidos. Na reforma oxidativa do metano, o acoplamento levou a um favorecimento na seletividade para formação de CO2 e a uma maior velocidade de formação de carbono.
Título em inglês
"Application of nickel and cobalt catalysts prepared via hydrotalcite-type precursors in the reactions of steam reforming, partial oxidation and oxidative reforming of methane"
Palavras-chave em inglês
catalysts
hydrotalcite
reforming
Resumo em inglês
One of the most important applications of methane is the syngas production, a mixture of H2 and CO. Three processes can lead to syngas formation from methane: steam reforming, CO2 reforming and partial oxidation. Various non-noble metal catalysts were studied in these processes, although the carbon deposition or the metal sinterization is always observed. Catalysts prepared from hydrotalcite precursors have presented resistance to carbon deposition, and considering this aspect they could be applied to the combined process of methane reforming with partial oxidation to produce syngas, with potential to minimize the difficulties of the process: high temperatures and catalyst deactivation. In this work, nickel and cobalt catalysts, prepared from hydrotalcites and promoted with lanthanum and cerium, were prepared, characterized and tested in the reactions of steam reforming, partial oxidation and oxidative reforming of methane, with the goal of evaluating the activity and stability of these catalysts and the effect of promoter addition. The un-promoted catalysts were prepared through three methods: the traditional method, the method of co-precipitation with chelate and the anion-exchange method. The promoter addition was made through the anion-exchange method. The compounds were characterized by Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDX), Specific Surface Area, Thermo gravimetric Analysis, X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transformed Infrared Spectroscopy (FTIR), Temperature Programend Reduction (TPR), X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), X-Ray Absortion Spectroscopy (XAS) and catalytic tests using the folowing reactions of methane: steam reforming with molar ratio in feed of H2O:CH4= 4:1; 2:1 and 0,5:1, partial oxidation with molar ratio in feed of CH4:O2=2:1 e 4:1 and oxidative reforming with molar ratio in feed of CH4:H2O:O2= 4:4:1. All catalysts showed activity for methane steam reforming, except the cobalt catalysts, which did not present activity for the reaction with molar in feed of H2O:CH4= 4:1. The promoters addition favored the shift reaction. For the partial oxidation reactions, the catalysts presented activity for molar ratio in feed of CH4:O2=4:1, with pronounced reduction in the velocity of carbon formation for promoted catalysts. In the oxidative reforming, the coupling of the reactions lead to a favoring in the selectivity for CO2 but a higher velocity of carbon formation."
 
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Data de Publicação
2007-05-15
 
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