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Consultar: Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica

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Ttulo [PT]: Cintica e mecanismo da reao de reforma de etanol com vapor d'gua sobre catalisador bimetlico Cu-Ni/NbxOy
Ttulo [EN]: Kinetic and mechanism of ethanol steam reforming over Cu-Ni/NbxOy bimetallic catalyst
Autor(es): Fernandes Alves da Silva
Palavras-chave [PT]:

Reao cataltica (Engenharia qumica). Etanol. Reao de reforma. Hidrognio. Produo. Catalisadores. Cobre/nquel. Suportados. Cintica (Engenharia qumica). Mecanismo. Brasil.
rea de concentrao: Desenvolvimento de Processos
Titulao: Doutor em Engenharia Qumica
Banca:
Ndia Regina Camargo Fernandes-Machado [Orientador] - UEM
Marcos de Souza
Mara Heloisa Neves Olsen Scaliante
Helton Jos Alves
Marcio Schwaab
Lucio Cardozo Filho
Resumo:
Resumo: O uso de clulas a combustvel tem sido apontado como uma das tecnologias mais adequadas para a gerao de energia devido tanto sua elevada eficincia quanto reduo na emisso de gases nocivos ao meio ambiente, como NOx e CO, principalmente quando estes dispositivos operam com hidrognio. Este combustvel da clula pode ser obtido de diversas fontes, como a partir da reforma de etanol com vapor d'gua, permitindo gerar energia sem o uso de fontes no-renovveis. Alm disso, o uso deste biolcool como fonte de hidrognio apresenta um ciclo fechado de carbono, portanto, no contribuindo com o aumento de emisses de CO2, um dos responsveis pelo efeito estufa. A escolha do catalisador, bem como das condies reacionais, diretamente responsvel pelo rendimento nos processos de converso deste lcool a H2. Neste trabalho, a cintica da reao de reforma de etanol sobre o catalisador Cu-Ni/NbxOy foi investigada na faixa de 400 C a 500 C. Este catalisador demonstra elevada seletivida e rendimento na produo de H2 e CO2, alm de baixa formao de CH4, ausncia de CO e produtos de desidratao. O catalisador foi sintetizado pelo mtodo de coprecipitao e apresentou diferentes estruturas do xido de nibio, alm da formao de xido misto entre pentxido de nibio e xido de cobre, detectados atravs das anlises de DRX e RTP-H2, o que favoreceu o efeito de interao metal-suporte. Os perfis de ATG/CDE demonstraram elevada estabilidade trmica, enquanto testes de quimissoro seletiva e micrografias de MEV indicaram elevada disperso da fase ativa. Os testes catalticos em funo do tempo de contato demonstraram que as etapas que compem o processo so a desidrogenao a acetaldedo, decomposio a metano e monxido de carbono e reao de deslocamento gs-gua para formao de CO2, que permitiram propor um mecanismo para a reao global de reforma de etanol. Os dados cinticos obtidos em regime diferencial, isentos de efeitos difusionais, permitiram propor expresses de taxa de reao, considerando diferentes etapas como determinantes, que representaram os dados experimentais satisfatoriamente. Os modelos de desidrogenao e decomposio apresentaram melhor correlao, enquanto o modelo de decomposio do intermedirio CH no foi adequado. A equao de Lei de Potncias tambm apresentou baixos desvios entre valores de taxa de reao preditos e observados, mas somente para a faixa de composio na qual foi obtida. Os subprodutos e produtos finais foram adicionados na alimentao do sistema e os valores experimentais de taxa de reao para etanol comparados aos valores fornecidos pelos modelos, o que permitiu validar as expresses. A energia de ativao global estimada foi de 373 kJ/mol. Os modelos cinticos foram adequados para representar o processo de reforma de etanol com vapor dgua para a produo de hidrognio no sistema reacional utilizado.

Abstract: The use of fuel cells has been pointed out as one of the best technologies for energy generation since they present high efficiency and low emission of harmful gases to the environment, like NOx and CO, principally when these devices work with hydrogen. This fuel can be acquired from many sources, as ethanol steam reforming, which generates energy withouth using no-renewable sources. In addition, the use of this bioalcohol as a source of hydrogen has a closed carbon cycle, not contributing to CO2 emissions increase, one of those responsible for the greenhouse effect. The choice of the catalyst, as well as reaction conditions, directly affects the process of ethanol-to-hydrogen conversion. Therefore, kinetics of the ethanol steam reforming reaction on the Cu-Ni/NbxOy catalyst was investigated since 400 C to 500 C range. This catalyst shows a good selective and yield for production of H2 and CO2, besides low formation of CH4, no CO and dehydration products. The catalyst was synthesized by coprecipitation method which presented different niobium pentoxide structures and mixed oxide between niobium pentoxide and copper oxide, detected through the XRD and TPR-H2 analyses. It was observed that the metal-support interaction was favored. TGA/DSC profiles demonstrated high thermal stability, while selective chemisorption and SEM images indicated high dispersion of the active phase. The catalytic tests as a function of the contact time demonstrated that the steps that comprise the global process are dehydrogenation to acetaldehyde, decomposition to methane and carbon monoxide and water-gas shift reaction for production of CO2, which allowed proposing a mechanism for the ethanol reforming reaction. The kinetic data obtained in differential conditions, withouth diffusional effects, led to different rate expressions considering several determining steps, and the experimental data were satisfactorily fitted. The dehydrogenation and decomposition models presented the best correlation, while the CH intermediary decomposition model was not so good. The Power Law equation also presented low deviations between predicted and observed data, but it is restricted to the range of composition in which it was fitted. By-products and products were added to the feed flow system and the experimental reaction rates were compared to the models, which allowed the validation of the expressions. It was estimated the global activation energy, 373 kJ/mol. The kinetic models were suitable to represent the ethanol steam reforming for hydrogen production in the reaction system used.
Data da defesa: 02/02/2017
Cdigo: vtls000226290
Informaes adicionais:
Idioma: Portugus
Data de Publicao: 2017
Local de Publicao: Maring, PR
Orientador: Prof. Dr. Ndia Regina Camargo Fernandes-Machado
Co-Orientador: Prof. Dr. Marcos de Souza
Instituio: Universidade Estadual de Maring . Centro de Tecnologia . Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica
Nvel: Tese (doutorado em Engenharia Qumica)
UEM: Departamento de Engenharia Qumica

Responsavel: edson
Categoria: Aplicao
Formato: Documento PDF
Arquivo: Tese - Fernando Alves da Silva.pdf
Tamanho: 3294 Kb (3373108 bytes)
Criado: 13-07-2017 19:54
Atualizado: 13-07-2017 19:58
Visitas: 362
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