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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-0941-3501
Tipo do documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Título: Produção de hidrogênio utilizando precursores derivados de hidrotalcita e suportados em aluminato de magnésio na reforma do GLP
Autor(es): Ferreira, Rondinele Alberto dos Reis
Primeiro orientador: Hori, Carla Eponina
Primeiro coorientador: Noronha, Fabio Bellot
Primeiro membro da banca: Bueno, Jose Maria Correa
Segundo membro da banca: Ávila-Neto, Cicero Naves de
Terceiro membro da banca: Silva, Priscila Pereira
Quarto membro da banca: Dantas, Sandra Cristina
Resumo: Os processos de reforma de hidrocarbonetos para a produção de hidrogênio são bastante estudados e o gás liquefeito de petróleo (GLP) pode ser uma matéria-prima promissora para esses processos, uma vez que possui grande facilidade de armazenamento e transporte e ampla rede de distribuição. Em vista disto, o objetivo deste trabalho foi estudar a reforma a vapor e oxidativa do GLP utilizando catalisadores derivados de hidrotalcita e suportados em aluminato de magnésio. Os catalisadores de hidrotalcita foram sintetizados pelo método de co-precipitação com relação molar para a formação de hidrotalcitas M3+/(M2++M3+) igual a 0,25, sendo M2+ íons de Ni2+ e Mg2+ e M3+ íons de Al3+. Os catalisadores de níquel suportados em aluminato de magnésio (10, 15 e 20% de Ni) foram sintetizados pela técnica de coprecipitação (suporte) e impregnação a seco (Ni). A caracterização dos catalisadores foi realizada através de análises de fluorescência de raios X (FRX), área específica BET, difração de raios X em temperatura ambiente, redução à temperatura programada (RTP), análise termogravimétrica (ATG) e térmica diferencial (DTA), difração de raios X in situ (DRX in situ) e espectroscopia de absorção de raios X (XAS). Para os catalisadores derivados de hidrotalcita quanto maior foi a substituição de Mg2+ por Ni2+ menor foi a temperatura necessária para a redução do catalisador devido a uma menor estabilidade térmica da estrutura pela menor formação da solução sólida NiO-MgO. Estes resultados foram observados nas análises de RTP e DRX in situ redução. Observou-se também que foi possível sintetizar catalisadores com 47,5% de teor de Ni com uma dispersão de 33,1%. Em relação aos catalisadores de Ni suportados em aluminato de magnésio, observou-se que a técnica de coprecipitação permitiu a formação da estrutura do suporte (MgAl2O4). Após a redução observou-se que os catalisadores suportados apresentaram menores dispersões com o aumento do teor de Ni. Durante o período reacional todos os catalisadores apresentaram a formação dos mesmos produtos para a reforma a vapor: H2, CO, CH4 e CO2. Os catalisadores derivados de hidrotalcita apresentaram conversões para o GLP entre 70 e 30%, e o catalisador Ni1,64Mg1,36Al que apresentou a maior conversão (em torno de 70%) e menor desativação por deposição de coque entre as amostras estudadas após as 24 horas de reação. No processo de reforma oxidativa com o catalisador Ni1,64Mg1,36Al observou-se que a adição de oxigênio na mistura reacional ocasionou um aumento no depósito de carbono em torno de 7%, apresentando também menor estabilidade, provavelmente devido à oxidação da fase ativa. Na reforma oxidativa com catalisadores suportados em aluminato de magnésio observou que a adição de oxigênio no sistema ocasionou a oxidação do leito catalítico e deposição de carbono, levando à desativação dos catalisadores. O estudo das reações de reforma em temperaturas mais elevadas (1073 e 1173 K) foi realizado para o catalisador Ni1,64Mg1,36Al que apresentou maior atividade catalítica. O aumento da temperatura na presença ou não de oxigênio resultou em maiores conversões do GLP, maior formação de H2 e menor formação de depósitos de coque.
Abstract: The reform of hydrocarbons for hydrogen production has been widely studied, and liquefied petroleum gas (LPG) may be a promising raw material for these processes, since it is easy to store and it has a vast transportation and broad distribution network. Therefore, the objective of this work was to study the steam reforming and oxidative of LPG using catalysts derived from hydrotalcite-type structure and supported on magnesium aluminate. The catalysts derived from the hydrotalcite-type structure were synthesized by coprecipitation with molar ratio to form hydrotalcites M3+/(M2++ M3+) equals to 0.25. Nickel catalysts supported on magnesium aluminate (10, 15 and 20 wt% of Ni) were synthesized by coprecipitation technique (support) and dry impregnation (Ni). The characterization of the catalysts was performed by fluorescence analysis X-ray (XRF), BET surface area, X-ray diffraction at room temperature, temperature programmed reduction (TPR), thermogravimetric analysis (TGA) and differential thermal (DTA), in situ X-ray diffraction (in situ XRD) and X-ray absorption (XAS) spectroscopy. For hydrotalcite derived catalysts the higher the substitution of Mg2+ by Ni2+, the lowest was the temperature for the reduction of the precursor. This was probably due to the lower thermal stability of the structure. These results were observed in the analysis of TPR and in situ XRD reduction. It was also observed that it was possible to synthesize catalysts with 47.5% of Ni content with dispersion of 33.1%. Regarding the Ni catalysts supported on magnesium aluminate, it was found that coprecipitation technique allowed the formation of the support structure (MgAl2O4). After of the reduction it was observed that the supported catalysts showed lower dispersions with increasing nickel content. During the reaction period all catalysts showed the formation of the same products for steam reforming: H2, CO, CH4 and CO2. Catalysts derivatived from hydrotalcite-type structure showed conversions of LPG between 70 and 30%, and the catalyst Ni1.64Mg1.36Al presented the highest conversion (around 70%) and lower deactivation by coke deposition among all the samples studied. In the oxidative reforming process, for the catalyst Ni1.64Mg1.36Al, a decrease in the stability and a slight increase of carbon accumulation (~ 7%) was observed. In the oxidative reforming for the samples supported on magnesium aluminate both the oxidation of the catalyst bed and carbon deposition were observed, leading to deactivation of the catalysts. The study of reforming reactions at higher temperatures (1073 and 1173 K) was performed for the Ni1.64Mg1.36Al sample, which showed higher catalytic activity. The increase of temperature in the presence or absence of oxygen resulted in higher conversions of LPG, an increase in H2 formation and smaller coke deposits.
Palavras-chave: Engenharia química
Petróleo
Hidrogênio
Níquel
Gás liquefeito de petróleo
Hidrotalcita
Níquel
XAFS in situ
Liquefied petroleum gas
In situ XRD
Hydrotalcite
Nickel
In situ XAFS
Área(s) do CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Citação: FERREIRA, Rondinele Alberto dos Reis. Produção de hidrogênio utilizando precursores derivados de hidrotalcita e suportados em aluminato de magnésio na reforma do GLP. 2016. 159 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2016. Disponível em: https://doi.org/10.14393/ufu.te.2016.102
Identificador do documento: https://doi.org/10.14393/ufu.te.2016.102
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/17873
Data de defesa/publicação: 10-Jul-2016
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