Reforma a seco do metano para produção de hidrogênio utilizando catalisadores Ni/Al2O3 : uma alternativa para o biogás

Abstract

Resumo: A reforma a seco (RS) do metano está se tornando um assunto desafiador, atraindo cada vez mais atenção, pois é um processo relevante do ponto de vista ambiental uma vez que consome CH4 e CO2, gases responsáveis pelo efeito estufa, além de produzir o gás H2 que por sua vez, é o combustível que possui maior poder calorífico. Atualmente, quase 95% da produção mundial de hidrogênio é a partir de matériasprimas à base de combustíveis fósseis, principalmente o gás metano. Neste sentido, o biogás é uma fonte promissora pois é produzido pela decomposição anaeróbia de resíduos vegetais e animais, e é composto tipicamente de 55 a 75% de CH4 e 25 a 44% de CO2, associados a traços de outros gases. Ni suportado em ?-Al2O3 é um dos catalisadores mais utilizados nos processos de reforma do CH4. Neste trabalho foram preparados catalisadores 15% Ni/Al2O3 e 30% Ni/Al2O3, pelo método da impregnação úmida, e caracterizados pelas técnicas: absorção atômica em chama (teor metálico), fisissorção de N2, RPT, DRX, DTP-NH3, IV e MEV. Para condução dos ensaios reacionais catalíticos, foi construído e instalado um reator contínuo tubular, sendo estudadas as variáveis reacionais: temperatura de reação (600 a 700 ºC), velocidade espacial (VHSV de 15 e 45 L.h-1.gcat-1) e tempo reacional (até 10 h). Nas reações de RS o aumento da temperatura de reação levou a maiores produções de H2 e conversões de CH4 e CO2, porém evidenciou-se a maior formação de coque. Em geral as melhores conversões foram observadas nas reações conduzidas com o catalisador 15% Ni/Al2O3. Nas reações variando a velocidade especial, observou-se que o aumento da velocidade espacial (VHSV de 45 L.h-1.gcat-1) ocasionou diminuição nas conversões de CH4, indicando que a maior quantidade de catalisador no leito catalítico foi favorável à reação de reforma. Os resultados dos testes conduzidos durante 10 horas de reação, indicaram que não ocorreu perda da atividade catalítica significativa ao longo da reação. Palavras-chave: reforma a seco, hidrogênio, biogás, catalisador, níquel, alumina.

Abstract: Dry reforming of methane (DR) is becoming a challenging subject, attracting increasingly the attention, because it is an important process from an environmental point of view as it requires CH4 and CO2 gases responsible for the greenhouse effect, in addition to producing the H2 gas which in turn is the fuel that has a higher calorific value. Currently, almost 95% of world hydrogen production is from raw materials based on fossil fuels mainly methane gas. In this sense, the biogas is a promising source because it is produced by the anaerobic decomposition of plant and animal waste, and is typically compound from 55 to 75% CH4 and 25% to 44% from CO2, associated with traces of other gases. The Ni supported on ?-Al2O3 catalysts is one of the most used in the CH4 reform processes. In this work were prepared catalysts 15% Ni/Al2O3 and 30% Ni/Al2O3, by the method of wet impregnation and characterized by techniques: flame atomic absorption (metal content), N2 physisorption, RPT, XRD, DTP-NH3, IV and SEM. For conducting the catalytic reaction test, was built and installed a tubular continuous reactor, being studied the reaction variables: reaction temperature (600 to 700 °C), space velocity (VHSV at 15 and 45 h-1.gcat-1) and time reaction (up to 10 h). In the reactions of RS the increased reaction temperature led to higher yields of H2 and CH4 conversion and CO2, but showed increased to coke formation. In general the best conversions were observed in reactions conducted with the catalyst 15% Ni/Al2O3. In particular reactions varying the space speed, it was observed that increasing space velocity (VHSV 45 h-1.gcat-1) caused a decrease in CH4 conversion, indicating that the increased amount of catalyst in the catalyst bed was favorable to the reform reaction. The results of tests conducted for 10 hours reaction, indicated that there was no significant loss of catalytic activity during the reaction. Keywords: dry reforming, hydrogen, biogas, catalyst, nickel, alumina.