Efeito dos parâmetros reacionais do processo de reforma a seco do biogás na produção de gás de síntese utilizando catalisador de níquel

Abstract

Resumo: Nesta pesquisa, os parâmetros da reação de reforma a seco do biogás foram investigados em relação aos seus efeitos no desempenho de um catalisador sintetizado usando níquel metálico. A granulometria e a massa do catalisador no leito fixo foram avaliados juntamente com a pressão e a velocidade espacial no leito do reator. A estabilidade do catalisador e a resistência ao envenenamento por H2S também foram avaliadas. O catalisador antes e depois da reforma a seco foi caracterizado por ATG, DRX, fisissorção de N2, MEV, MET, FTIR, TPR e RAMAN. A partir dos resultados obtidos na reação de reforma a seco, foi possível determinar que as maiores conversões de CH4 (99,14%) e CO2 (97,48%), bem como a melhor razão molar H2/CO (0,99), foram alcançadas nas seguintes condições operacionais: tamanho de partícula do catalisador entre 500-710 µm, pressão de 0 bar e velocidade espacial de 7,20 L h-1 gcat-1. O catalisador também foi submetido a um experimento de 50 horas ininterruptas de reação, com o objetivo de avaliar sua estabilidade catalítica. Durante o período de operação, foram alcançados valores médios de conversão (CH4 e CO2) superiores a 97%, com uma relação H2/CO estável, mantendo-se em aproximadamente 1. Além disso, o catalisador apresentou uma desativação após 2, 8 e 21 horas de reação sob envenenamento por H2S em concentrações de 500, 50 e 10 ppm, respectivamente. Os resultados da caracterização corroboram com os dados da reação, em que a ausência de carbono na estrutura do catalisador e uma forte interação metal-suporte foram observadas. A partir dos resultados obtidos neste trabalho, as melhores condições de reação para reforma a seco usando catalisadores à base de Ni foram determinadas com a obtenção de altas conversões, rendimento de H2 e estabilidade. Esses parâmetros são importantes considerando o aumento de escala na reação de reforma a seco

Abstract: In this research, the dry reforming reaction parameters of biogas were investigated with respect to their effects on the performance of a catalyst synthesized using metallic nickel. The size and mass of the catalyst in the fixed bed were evaluated together with the pressure and spatial velocity in the reactor bed. The catalyst stability and resistance to H2S poisoning were also evaluated. The catalyst before and after dry reforming was characterized by ATG, XRD, N2 physisorption, SEM, TEM, FTIR, TPR and RAMAN. From the results obtained in the dry reforming reaction, it was possible to determine that the highest conversions of CH4 (99.14%) and CO2 (97.48%), as well as the best H2/CO molar ratio (0.99), were achieved under the following operating conditions: catalyst particle size between 500-710 µm, pressure of 0 bar and spatial velocity of 7.20 L h-1 gcat-1. The catalyst was also subjected to a 50-hour uninterrupted reaction experiment to evaluate its catalytic stability. During the operation period, average conversion values (CH4 and CO2) higher than 97% were achieved, with a stable H2/CO ratio of approximately 1. In addition, the catalyst showed deactivation after 2, 8, and 21 hours of reaction under H2S poisoning at concentrations of 500, 50, and 10 ppm, respectively. The characterization results corroborate the reaction data, in which the absence of carbon in the catalyst structure and a strong metal-support interaction were observed. From the results obtained in this work, the best reaction conditions for dry reforming using Ni-based catalysts were determined, obtaining high conversions, H2 yield, and stability. These parameters are important considering the scale-up of the dry reforming process