Efeito da adição de Mg como promotor em catalisadores Ni/AI2O3 aplicados à reforma a seco do metano

Abstract

Resumo: A reforma a seco (RS) do metano (CH4) está atraindo cada vez mais atenção, por ser um processo relevante do ponto de vista ambiental uma vez que consome CH4 e CO2, gases responsáveis pelo efeito estufa, além de produzir gás de síntese, que por sua vez é utilizado para a produção de produtos químicos de valor agregado, como combustíveis sintéticos, metanol e hidrogênio de elevada pureza. Neste sentido, o biogás se apresenta como uma fonte promissora, pois, se parcialmente tratado, pode ser matéria prima para o processo de reforma a seco para a produção do gás de síntese. O catalisador à base de Ni suportado em gama-Al2O3 é o mais comumente utilizado nos processos de reforma do CH4, porém o acúmulo de coque na superfície do sólido é o principal entrave. Neste sentido, promotores básicos vêm sendo estudados com o intuito de modificar as propriedades ácido-básicas, minimizando o depósito de carbono no catalisador. Foram preparados catalisadores Ni/Al2O3 contendo diferentes cargas de Mg, pelo método da impregnação úmida, e caracterizados pelas técnicas: fluorescência de raios X, fisissorção de N2, DRX, RPT, DTP-NH3, quimissorção de H2, MEV e EDS. Para condução dos ensaios reacionais catalíticos, foi utilizado um reator contínuo tubular, sendo estudadas as variáveis reacionais: temperatura de reação (650, 700 e 750 ºC), velocidade espacial (VHSV de 7,5; 15 e 30 L.h^-1.gcat^-1) e teor de magnésio (3, 5 e 10% em massa). A estabilidade catalítica foi analisada com o tempo reacional de 20 horas. Nas reações de RS o catalisador Ni/5Mg-Al2O3 levou a maiores conversões de CH4 e CO2, frações molares de H2 e evidenciou a menor formação de coque frente aos demais. Em geral as melhores conversões e frações molares dos produtos foram observadas nas reações conduzidas com maiores temperaturas e menores velocidades espaciais. Os resultados da reação conduzida durante 20 horas de reação indicaram que não ocorreu perda da atividade catalítica significativa ao longo da reação. Palavras-chave: reforma a seco, gás de síntese, biogás, catalisador, níquel, magnésio, alumina.

Abstract: Dry reforming of methane (DR) is 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 synthesis gas which in turn It is used for producing value-added chemical products such as synthetic fuels, methanol and high-purity hydrogen. In this sense, the biogas is presented as a promising source because if partially treated, can be raw material for dry reforming process for the production of synthesis gas. The Ni supported on gama-Al2O3 catalysts is one of the most used in the CH4, but the coke accumulation over the solid surface is the main obstacle. In this regard, basic promoters have been studied in order to modify the acid-base properties, minimizing carbon deposition ver the catalyst. Were prepared Ni/Al2O3 catalysts containing different loads of Mg by the wet impregnation method and characterized by X-ray fluorescence, N2 physisorption, XRD, RPT, DTP-NH3, H2 chemisorption, SEM and EDS techniques. For conducting the catalytic reaction test, was used a continuous tubular reactor, being studied the reaction variables: reaction temperature (650, 700 and 750 ºC), space velocity (VHSV from 7.5; 15 and 30 L.h^-1.gcat^-1) and Mg loadings (3, 5 e 10% w.w.). The catalytic stability was analyzed with reaction time of 20 hours. In the reactions of RS the Ni/5Mg-Al2O3 catalyst led to higher CH4 and CO2 convertion, H2 molar fraction and showed the lower coke formation compared to the others. In general the best conversions and molar fraction were observed in reactions conducted at higher temperatures and lower space velocities. The results of the reaction conducted for 20 hours reaction indicated that there was no significant loss of catalytic activity during the reaction. Keywords: dry reforming, synthesis gas, biogas, catalyst, nickel, magnesium, alumina.