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Consultar: Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica

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Ttulo [PT]: Sntese e avaliao de catalisadores para a produo de hidrognio a partir das reaes de reforma com vapor d?gua e reforma oxidativa do etanol
Autor(es): Andria Cristina Furtado
Palavras-chave [PT]:

Hidrognio. Produo. Reforma de etanol. Vapor d'gua. Reforma oxidativa de etanol. Catalisador. Avaliao. Suporte. Fase ativa. Brasil.
rea de concentrao: Desenvolvimento de Processos
Titulao: Doutor em Engenharia Qumica
Banca:
Ndia Regina Camargo Fernandes Machado [Orientador] - UEM
Flvio Faria de Moraes - UEM
Mrcio Schwaab - UFSM
Maurcio Pereia Canto - Centro Politcnico - UFPR
Denise Maria Malachini Miotto Bigato - UEM
Veronice Slusarski Santana - UEM
Resumo:
Resumo: Catalisadores foram sintetizados e selecionados para as reaes de reforma com vapor d'gua e reforma oxidativa do etanol. O trabalho foi dividido em duas etapas: na primeira foi realizada a seleo da melhor fase ativa, enquanto na fase posterior, esta foi utilizada na seleo do melhor suporte, cujo conjunto fosse responsvel por maximizar a produo do hidrognio, ao mesmo tempo em que minimizasse a ocorrncia de reaes paralelas, que levam a produtos indesejados. Os catalisadores foram preparados pelo mtodo da impregnao, com excesso de solvente, dos sais precursores sobre o suporte, seguida pela secagem, prensagem e empastilhamento, calcinao, triturao e peneiramento, resultando em partculas de catalisadores com dimetro mdio entre 0,4 mm e 0,8 mm. Os catalisadores sintetizados na primeira etapa foram catalisadores bimetlicos Me-Cu (Me = Ni, Pt e Pd) suportados nas fases g-Al2O3 e a- Al2O3. Na segunda etapa, o foco principal foi a influncia de diferentes suportes (ZnO, Nb2O5 e CexZr1-xO2) no processo cataltico da reao de reforma do etanol. A massa dos sais utilizada foi determinada de modo a se obter, aps a calcinao, catalisadores com fraes mssicas nominais dos metais Ni, Cu, Pt e Pd iguais a 10%, 1%, 2% e 3%, respectivamente. Os precursores metlicos utilizados foram o Ni(NO3)2.6H2O, Cu(NO3)2.3H2O, H2PtCl6.6H2O e o PdCl2. Os catalisadores foram caracterizados por RTP, DRX, rea superficial BET, absoro atmica, DTP-NH3, reao de decomposio do isopropanol, DRS no UV-vis. Os suportes foram submetidos a anlises termogravimtricas e calorimetria exploratria diferencial. Catalisadores contendo nquel tiveram a rea superficial do metal bem como sua disperso e tamanho de partcula determinadas por DTP-H2. Os testes catalticos de reforma do etanol com vapor d'gua foram realizados presso atmosfrica e temperatura de 400 oC com 2,5 g de catalisador. A anlise dos resultados da primeira etapa apontou a fase ativa composta pelo Ni como a mais adequada para a produo do hidrognio. Alm disso, a produo do gs mais elevada mediante a utilizao de uma alimentao com razo molar dos reagentes lquidos H2O/C2H5OH igual a 10 e velocidade espacial fixada em 70 dm3/h.gcat (aps vaporizao). Na segunda etapa foram analisados diferentes suportes mantendo como fase ativa 10% Ni-1% Cu, selecionada na primeira etapa. Os resultados apontaram o catalisador Ni-Cu/Ce0,6Zr0,4O2 como o mais ativo e seletivo para produo do hidrognio a partir da reao de reforma de etanol com vapor d'gua. A quantidade dos demais produtos foi minimizada devido reduo da ocorrncia de reaes indesejadas. Alm disso, o catalisador se mostrou bastante estvel ao longo das 8 h analisadas para a produo do H2. Nos demais catalisadores, o rendimento para os produtos indesejados foi superior. A produo do hidrognio se deu preferencialmente por reaes como a desidrogenao do etanol para acetaldedo e a decomposio do etanol. Os resultados tambm mostraram a forte influncia da acidez cataltica na distribuio dos produtos. A presena do etileno e do ter dietlico foi atribuda a stios cidos dispostos na superfcie cataltica. A atividade dos catalisadores tambm foi avaliada na reforma oxidativa do etanol, com razo O2/C2H5OH igual a 0,8. A incorporao do oxignio claramente reduziu a eficincia do catalisador Ni-Cu/Ce0,6Zr0,4O2. A queda no desempenho foi marcada por uma acentuada desativao cataltica, reduo na produo do hidrognio e elevao acentuada na quantidade dos produtos oriundos da reao de oxidao. Em geral, a adio do oxignio mistura reagente provocou uma reduo na produo do hidrognio, quando comparada reao de reforma de etanol com vapor d'gua, independente do catalisador.

Abstract: Catalysts were synthesized and selected for the ethanol steam reforming and oxidative reforming reactions. The work was divided into two stages: the first was made to select the best active phase, which was used, in the second stage, in the selection of the best support. The best active phase/support combination should maximize hydrogen production and minimize the occurrence of parallel reactions, which lead to unwanted products. The catalysts were prepared by excess solvent impregnation of precursor salts on the support, followed by drying, pressing, calcination, grounding and sieving, resulting in particles with average diameter between 0.4 mm and 0.8 mm. The catalysts synthesized in the first stage were Me-Cu bimetallic catalysts (Me = Ni, Pt, and Pd) supported in g-Al2O3 and a-Al2O3 phases. In the second stage, the main focus was on the influence of different supports (ZnO, Nb2O5, and CexZr1-xO2) on the catalytic process of the ethanol reforming. The amounts of precursor salts were determined in order to obtain, after calcination, catalysts with nominal mass fractions of metals Ni, Cu, Pt, and Pd equal to 10%, 1%, 2%, and 3%, respectively. The metal precursors used were Ni(NO3)2.6H2O, Cu(NO3)2.3H2O, H2PtCl6.6H2O, and PdCl2. The catalysts were characterized by TPR, XRD, BET surface area, atomic absorption, TPD-NH3, isopropanol decomposition reaction, and DRS in the UV-vis range. The supports were submitted to thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. The catalysts containing nickel had the metal surface area, metal dispersion, and metal particle size determined by TPD-H2. The catalytic tests of ethanol steam reforming were performed at atmospheric pressure and temperature of 400 oC with 2.5 g of catalyst. The analysis of the first stage results pointed to the Ni-Cu active phase as the most suitable for hydrogen production. Moreover, the production of gas was higher using a feed molar ratio of liquid reagents H2O/C2H5OH equal to 10 and space velocity fixed in 70 dm3/h.gcat (after vaporization). On the second stage, different supports were analyzed with the same active fase, 10% Ni-1% Cu, selected in the first stage. Ni- Cu/Ce0,6Zr0,4O2 was found to be the most active and selective catalyst for hydrogen production from ethanol steam reforming reaction. The other products were minimized by the reduction of unwanted reactions. Moreover, the catalyst was very stable for hydrogen production over the 8 h of reaction. As for the other catalysts, the yield of unwanted products was higher. Hydrogen production occurred preferentially by reactions such as ethanol dehydrogenation to acetaldehyde and ethanol decomposition. The results also showed the strong influence of catalyst acidity on the distribution of products. The presence of ethylene and diethyl ether was attributed to acid sites on the catalytic surface. The activity of the catalysts was also evaluated in the ethanol oxidative reforming, with O2/C2H5OH equal to 0.8. The incorporation of oxygen clearly reduced the efficiency of the Ni-Cu/Ce0,6Zr0,4O2 catalyst. The decrease in performance was marked by a strong catalyst deactivation, a reduction in hydrogen production, and a strong elevation in the amount of products from the oxidation reaction. In general, the addition of oxygen to the reagent mixture caused a reduction in hydrogen production when compared to the ethanol steam reforming, independent of the catalyst.
Data da defesa: 31/08/2009
Cdigo: vtls000178362
Informaes adicionais:
Idioma: Portugus
Data de Publicao: 2009
Local de Publicao: Maring, PR
Orientador: Prof. Dr. Ndia Regina Camargo Fernandes-Machado
Instituio: Universidade Estadual de Maring . Departamento de Engenharia Qumica
Nvel: Tese (doutorado em Engenharia Qumica)/
UEM: Programa de Ps-graduao em Engenharia Qumica

Responsavel: beth
Categoria: Aplicao
Formato: Documento PDF
Arquivo: TESE de doutorado 19-10-2009.pdf
Tamanho: 3132 Kb (3206993 bytes)
Criado: 16-06-2010 10:27
Atualizado: 16-06-2010 10:41
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