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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/32759
ORCID: | http://orcid.org/0000-0003-0077-6100 |
Document type: | Dissertação |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor do gás liquefeito de petróleo utilizando catalisadores suportados em céria-sílica |
Alternate title (s): | Hydrogen production from steam reform of liquefied petroleum gas using catalyst supported on ceria-silica |
Author: | Moura, Lucas Gomes |
First Advisor: | Hori, Carla Eponina |
First coorientator: | Noronha, Fábio Bellot |
First member of the Committee: | Watanabe, Érika Ohta |
Second member of the Committee: | Romanielo, Lucienne Lobato |
Third member of the Committee: | Dantas, Sandra Cristina |
Summary: | A produção de hidrogênio a partir da reação de reforma a vapor do gás liquefeito do petróleo (GLP) foi estudada utilizando-se catalisadores a base de níquel, platina, ródio e rutênio suportados em CeSiO2. O suporte CeSiO2 foi preparado pelo método de co-precipitação de forma a se obter teores de 75% de CeO2 e 25% de SiO2, em peso. Os catalisadores foram preparados pela impregnação úmida do suporte com sais precursores dos metais de níquel, platina, ródio e rutênio de maneira a resultar em catalisadores com teores metálicos de 10, 1, 1 e 5%, respectivamente. As amostras foram caracterizadas pelas técnicas de área superficial específica BET, difração de raios X (DRX), redução a temperatura programada (RTP) e espectroscopia de absorção de raios X na região de XANES na borda L3 do cério. O GLP foi representado como uma mistura equimolar de propano e butano. Os catalisadores foram avaliados quanto à atividade e estabilidade catalítica e distribuição de produtos na reforma a vapor do GLP. Os resultados de RTP e XANES na borda L3 do cério revelaram que a adição do metal ao suporte influenciou na diminuição da temperatura de redução do CeO2. O catalisador de Rh apresentou a menor temperatura de redução do CeO2, enquanto o catalisador de Pt apresentou o maior grau de redução do CeO2 chegando a 55% ao final da redução a 500 °C. Os resultados de DRX foram realizados ex situ para as amostras calcinadas e in situ durante o processo de redução a 500 °C e de reforma a vapor do propano a 600 °C. Em todas as amostras foram identificados picos de difração do CeO2. Nas amostras de Pt e Rh não foram identificados picos de difração referentes aos metais, o que indica que além de estarem em pequena proporção no catalisador eles também devem apresentar alta dispersão. Por outro lado, foram identificados picos referentes ao Ni e Ru nas amostras. Os dados de DRX in situ indicaram um pequeno aumento no tamanho médio das partículas de Ni0 e Ru0 após serem submetidos a condições reacionais. Os testes de atividade realizados para a reforma a vapor de GLP a 400 °C mostraram que a ordem da atividade dos catalisadores foi Rh/CeSiO2 > Pt/CeSiO2 > Ru/CeSiO2 > Ni/CeSiO2. Os testes de estabilidade foram realizados para a reforma a vapor de GLP a 600 ° C durante 24 horas com uma razão molar de vapor/carbono (S/C) de 2,0. Os principais produtos obtidos na reação para todas as amostras foram H2 e pequenas quantidades de CO e CO2. Para o catalisador de ródio foi observada a formação de CH4, porém, em quantidades baixas. Os resultados mostraram que os catalisadores de ródio e platina apresentaram alta estabilidade contra a deposição de carbono para a reação de reforma a vapor. No entanto, os catalisadores de níquel e rutênio apresentaram grande desativação. Para todas as amostras, observou-se que o uso de céria como suporte ajudou na manutenção da atividade catalítica. |
Abstract: | Hydrogen production from the vapor reforming reaction of liquefied petroleum gas (LPG) was studied over nickel, platinum, rhodium and ruthenium-based catalysts supported on CeSiO2. CeSiO2 support was prepared by the co-precipitation method in order to obtain 75wt.% CeO2 and 25wt.% SiO2. The catalysts were prepared by wet impregnation technique of the support with precursors of nickel, platinum, rhodium and ruthenium metals as a result in catalysts with metal contents of 10, 1, 1 and 5wt.%, respectively. The samples were characterized by BET surface techniques, X-ray diffraction (XRD), temperature-programmed reduction (TPR) and X-ray absorption near edge structure spectroscopy at the L3 edge of Ce. LPG was represented as an equimolar mixture of propane and butane. The catalysts were tested for activity and catalytic stability and selectivity for products in the LPG reforming at 600 °C. The results of TPR and XANES on the Ce L3-edge showed that the addition of the metal in the support decreased CeO2 reduction temperature. Rh catalyst showed the lowest CeO2 reduction temperature, while Pt catalyst presented the highest reduction degree of CeO2, reaching a reduction of 55% at the end of the reduction at 500 °C. Ex situ XRD analysis was performed for the calcined samples and in situ XRD measurements were carried out during the process of reduction at 500 °C and steam reforming of propane at 600 °C. The diffractograms of all calcined samples exhibited peaks typical of CeO2 cubic phase. For Pt and Rh containing samples, no diffraction peaks related to the metals were identified which indicate high dispersion. However, Ni and Ru peaks were identified in the samples. The in situ XRD data indicated a small increase in the mean particle size of Ni0 and Ru0 after being subjected to reaction conditions. The activity tests performed for steam reforming of LPG at 400 °C show that the order of catalyst activity was Rh/CeSiO2> Ru/CeSiO2 ≈ Pt/CeSiO2> Ni/CeSiO2. The stability tests were performed for steam reforming of LPG at 600 °C for 24 hours with a steam to carbon (S/C) molar ratio of 2.0. The main products obtained in the reaction for all the samples were H2 and small amounts of CO and CO2. Only for rhodium containing catalyst the formation of CH4 in very low amounts was observed. The results showed that the catalysts of rhodium and platinum presented high stability against the deposition of carbon for a reforming reaction. However, the nickel and ruthenium catalysts presented large deactivation. The use of the ceria-based support was very important to help to maintain catalytic activity. |
Keywords: | hidrogênio propano butano níquel rutênio ródio Hydrogen propane butane nickel platinum rhodium ruthenium and cerium |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Química |
Quote: | Moura, Lucas Gomes. Produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor do gás liquefeito de petróleo utilizando catalisadores suportados em céria-sílica. 2018. 80 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.5577 |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.5577 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/32759 |
Date of defense: | 16-Feb-2018 |
Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Engenharia Química |
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