Publicação: Estudo termodinâmico e experimental da produção de hidrogênio a partir das reações de reforma a vapor e oxidativa do gás liquefeito de petróleo usando precursores do tipo Perovskita
Carregando...
Tipo do documento
Data
Direito de acesso
Coleções
Área do conhecimento
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Autores
Orientador
Coorientador
Noronha, Fabio Bellot
Resumo
A transformação do gás liquefeito de petróleo (GLP) em hidrogênio tem adquirido
importância, devido ao interesse na viabilização do sistema de células a combustível.
Contudo, condições adequadas de operação e o uso específico de catalisadores ativos e
resistentes é um desafio. Assim, um dos objetivos desta tese foi avaliar termodinamicamente
condições como temperatura, razão de alimentação, demanda energética, excesso de água e
oxigênio na alimentação a fim de se obter dados operacionais que maximizem a produção de
hidrogênio e minimizem o acúmulo de coque. Os resultados termodinâmicos mostraram que
independente da alimentação, a produção de hidrogênio é favorecida com o aumento da
temperatura e, que o uso de temperaturas mais baixas favorece a produção de coque (C(s)). A
adição de compostos insaturados na alimentação de GLP não causou diferenças significativas
na composição da fase gasosa, assim o GLP pode ser considerado experimentalmente apenas
como uma mistura contendo C3H8 e C4H10. A adição de excesso de água e oxigênio ao
sistema foi necessária para produzir baixos níveis de coque e maior conversão a H2 no
equilíbrio. Além do estudo termodinâmico, foram avaliados experimentalmente precursores
de catalisadores com estrutura perovskita La1-x CexNiO3 (x=0; 0,05; 0,1) e La1-xSrxNiO3 (x=0;
0,05; 0,1) preparados pela técnica de precipitação nas reações de reforma a vapor e oxidativa
do GLP. O conjunto de técnicas de caracterização revelaram que, a estrutura tipo perovskita
foi à principal fase obtida após calcinação para todas as amostras. Além disso, as amostras
dopadas com cério apresentaram menor diâmetro de partícula de níquel e, maiores valores de
dispersão metálica em comparação com as amostras contendo estrôncio. Os resultados de
redução à temperatura programada e capacidade de armazenamento oxigênio mostraram que
as amostras contendo cério apresentaram maior grau de redução e capacidade de
armazenamento de oxigênio. Todos os resultados de caracterização estão de acordo com os
testes catalíticos pois as amostras contendo cério apresentaram maior atividade e estabilidade
durante as reações de reforma a vapor e oxidativa do GLP. Dentre os catalisadores, o mais
promissor foi o com composição La0,95 Ce0,05NiO3 que se mostrou mais ativo e resistente
devido à pequena substituição do lantânio por cério que contribuiu para melhorias na
atividade e na estabilidade deste material. A reforma oxidativa do GLP apresentou melhores
resultados de atividade e formação de hidrogênio em comparação à reforma a vapor. A
adição de uma pequena quantidade de oxigênio à alimentação reacional proporcionou maior
resistência à desativação o que contribuiu para o melhor desempenho das amostras.
Abstract
The transformation of liquefied petroleum gas (LPG) in hydrogen has gained importance due
to the interest in the viability of the fuel cell system. However, operating conditions and the
specific use of active and resistant catalysts is a challenge. Thus, one aim of this thesis was to
evaluate thermodynamically conditions such as temperature, feed ratio, energy demand,
excess water and oxygen in the feed in order to obtain operational data that maximize
hydrogen production and minimize the coke amount. The thermodynamic results showed that
independent feeding, hydrogen production is favored with increasing temperature and that the
use of lower temperatures favors the coke production (C (s)). The addition of unsaturated
compounds in the feed of LPG did not cause significant differences in the composition of the
gas phase, so the LPG can experimentally be considered only as a mixture containing C3H8
and C4H10. The addition of excess water and oxygen to the system was required in order to
produce low coke levels and higher conversion to H2 in equilibrium. In addition, was
evaluated experimentally with catalysts precursors with perovkite like La1-x CexNiO3 (x = 0,
0.05, 0.1) and La1-xSrxNiO3 (x = 0, 0.05, 0.1) prepared by the methods of precipitation in the
reactions of steam and oxidative reforming LPG. The set of characterization techniques
showed that the perovskite structure is the main phase obtained after calcination for all
samples. In addition, cerium-doped samples showed lower particle diameter of nickel and
metal dispersion values larger compared to the samples containing strontium. The results of
temperature-programmed reduction and the ability to storage oxygen showed that the samples
containing cerium showed higher storage capacity and reduction of oxygen. All
characterization results are in agreement with the catalytic tests, because samples containing
cerium showed higher activity and stability during the steam and oxidative reactions
reforming of LPG. Among the catalysts, the most promising was the composition with
La0,95Ce0,05NiO3 which was more active and resistant, due to small substitution of lanthanum
cerium which contributed significantly in the activity and stability of this material. The
oxidative reforming of LPG showed a better activity and hydrogen formation compared to
steam reforming. The addition of a small amount of oxygen to the reactive power provided
greater resistance to deactivation which contributed to the better performance of the samples.
Palavras-chave
Hidrogênio, Hydrogen
Citação
SILVA, Priscila Pereira. Estudo termodinâmico e experimental da produção de hidrogênio a partir das reações de reforma a vapor e oxidativa do gás liquefeito de petróleo usando precursores do tipo Perovskita. 2014. 187 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2014. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2014.48