Reforma do etanol com vapor d’água em monólito cerâmico revestido com catalisador de CuNi/CeO2 e CuNi/Na2O/Nb2O5

Abstract

RESUMO: A mudança climática e o esgotamento dos combustíveis fósseis são os principais motivos que levam à tecnologia do hidrogênio. A produção de hidrogênio a partir do etanol é considerada um caminho promissor para o desenvolvimento sustentável de energia, que está passando por um crescimento explosivo na última década. O etanol é um candidato sustentável devido à sua natureza renovável, disponibilidade crescente, natureza biodegradável, baixa toxicidade e facilidade de transporte. Pode ser facilmente convertido em uma mistura rica em hidrogênio por meio do processo de reforma catalítica do etanol com vapor d'água. Além das condições de operação, o rendimento de hidrogênio depende muito da natureza do metal e do suporte selecionado. O presente trabalho trata da preparação, caracterização e avaliação da reação utilizando catalisadores estruturados para geração de hidrogênio via reforma a vapor do etanol. Para estes fins, monólitos de cordierita de 400 cpsi com comprimento de 5 cm e 10 cm foram revestidos com os catalisadores CuNi/CeO2 e CuNi/Na2O/Nb2O5 pelo método de dip-coating. Os catalisadores foram caracterizados por absorção atômica, análise textural, RTP, MEV e DRX. As condições operacionais foram temperatura de 450 °C e razão molar de água:etanol de 10:1. A conversão e seletividade do hidrogênio foram verificadas para o sistema utilizando catalisadores monolíticos e em pellets. O MEV mostrou uma camada de catalisador uniforme e bem coberta. Os monólitos foram testados com sucesso para produção de gás hidrogênio a partir da reforma a vapor do etanol. A principal rota de obtenção de H2 em todos os casos foi a decomposição do etanol. Nenhum dos catalisadores teve conversão completa de etanol, mas todos tiveram uma geração pequena de subprodutos (acetaldeído, acetona, etano, etileno). Os catalisadores apresentaram comportamentos distintos, devido às suas características de suporte diferentes. Para os catalisadores suportados em Nb2O5, foi favorecida a formação de etileno pela desidratação do etanol. Para os catalisadores suportados em CeO2, houve formação de acetona devido a influência do suporte. Os catalisadores de CuNi/CeO2 em pellets (PCNC6) e revestidos na cordierita (MCNC10) com carga de 6,5 g apresentaram maior conversão e seletividade ao H2, além de menor distribuição de produtos, o que os tornam melhores candidatos a produção de hidrogênio pela reforma a vapor do etanol

ABSTRACT: Climate change and fossil fuel depletion are the main reasons leading to hydrogen technology. Hydrogen production from ethanol is regarded as a promising way for energy sustainable development, which is undergoing na explosive growth over the last decade. Ethanol is a sustainable candidate because of its renewable nature, increasing availability, biodegradable nature, low toxicity, and ease of transport. It can be easily converted to a hydrogen rich mixture through catalytic steam reforming process. Besides operating conditions, hydrogen yield greatly dependent on the nature of metal and the support selected. The present work reports on the preparation, characterization and reaction evaluation of structured catalysts toward hydrogen generation via ethanol steam reforming. To these ends, 400 cpsi cordierite monoliths of 5 cm and 10 cm were coated with CuNi/CeO2 and CuNi-Na2O/Nb2O5 catalyst by dip-coating method. The catalysts were characterized by textural analysis, TPR, SEM/EDS and XRD. Operating conditions were temperature of 450 °C and water:ethanol molar ratio of 10:1. The conversion and hydrogen selectivity were verified for the system using monoliths and pellets catalysts. SEM showed a uniform and well-covering catalyst layer. The monoliths were successfully tested for hydrogen production from ethanol steam reforming. The main route for H2 obtainment in all cases was ethanol decomposition. None of the catalysts had complete ethanol conversion but all had a low generation of by-products (acetaldehyde, acetone, ethane, ethylene). The catalysts presented distinct behaviors, due to their different support characteristics. For the catalysts supported in Nb2O5, ethylene formation was favored by ethanol dehydration. For the catalyst supported in CeO2, there was formation of acetone due to the influence of the support. The CuNi/CeO2 in pellets (PCNC6) and coated on cordierite (MCNC10) catalysts with load of 6,5 g showed higher conversion and selectivity to H2 and lower product distribution, which makes them the best candidate for hydrogen production by ethanol steam reforming