Reforma a vapor do etanol com catalisadores estruturados metálicos

Abstract

O uso de hidrogênio tem se mostrado promissor na geração de energia a partir de células combustíveis. No entanto, uma das principais formas de obtenção de hidrogênio é por meio da reforma do metano proveniente de gás natural derivado de combustível fóssil. Portanto se faz necessário uma tecnologia considerada limpa e que apresente um sistema neutro de CO2. A reforma a vapor do etanol é um processo favorável a esse cenário, uma vez que o etanol pode ser obtido a partir da fermentação de biomassa e ainda apresenta as vantagens da baixa toxicidade e volatilidade, seguro de se manipular e fácil de estocar. Com esse intuito, o presente trabalho trata da produção de hidrogênio a partir da reforma do etanol com vapor d'água, obtendo energia de caráter limpo e renovável. Para realizar a reforma, foram sintetizados três catalisadores diferentes por impregnação úmida, sendo estes CuNi/Al2O3,NiCu/Na2O/Nb2O5 e NiCu/CeO2, os quais foram moídos para reduzir o diâmetro das partículas.Monólitos metálicos de 400 e 600 cpsi foram previamente tratados termicamente para formar óxidos metálicos e aumentar a rugosidade superficial e na sequência foi realizado a deposição da fase ativa nos monólitos pelo método dip-coating. A suspensão contendo Cu/Ni/Al2O3 teve a adição dos agentes ligantes Al2O3 e álcool polivinílico enquanto que as suspensões dos catalisadores NiCu/Na2O/Nb2O5 e NiCu/CeO2 ficaram isentas de agentes ligantes, resultando em slurries com diferentes viscosidades. Foram realizadas as análises de MEV e EDS nos monólitos antes e depois de serem recobertos pelos diferentes catalisadores, nas quais se confirma o aumento da rugosidade causado pelo tratamento térmico na superfície do monólito com a formação de camada de óxidos e diferenças na dispersão e homogeneidade da fase ativa aderida, também foi realizado teste de aderência da camada catalítica com os diferentes catalisadores, análise textural e espectroscopia de infravermelho (FT IR). Os testes catalíticos ocorreram a 500 °C e alimentação de água e etanol na proporção 10:1, contendo nitrogênio como gás de arraste. Os produtos obtidos utilizando o monólito com NiCu/Na2O/Nb2O5 foram H2, eteno, CO, CO2, CH4 e acetaldeído, mas apresentou instabilidade devido à formação de coque. Quando utilizado o catalisador Cu/Ni/Al2O3, verificou-se que o principal produto obtido foi o eteno acompanhado pelo hidrogênio, apresentando-se com catalisador pouco eficiente na produção de hidrogênio, mas apresentou maior estabilidade. Já o catalisador NiCu/CeO2 teve acetona como um de seus produtos devido a presença de sítios ácidos e básicos e obteve o melhor resultado quanto à seletividade de hidrogênio

The use of hydrogen has shown promising in generation of energy from fuel cells. However, one of the main ways to obtain hydrogen is through methane steam reforming from natural gás,wich is fossil-fuel derivated. So, a technology considered clean and that shows a neutral system of CO2 is required. The steam reforming of ethanol is a favorable process to this scenario, since ethanol has no fóssil origin and has the advantages of low toxicity and volatility, is relatively safe to handle and easy to stock. In this way, the objective of this work is to produce hydrogen from the steam reforming of ethanol, thus obtaining clean and renewable energy. To perform the steam reforming of ethanol, three different catalysts were synthesized by the wet impregnation method, these being CuNi/Al2O3,NiCu/Na2O/Nb2O5 and NiCu/CeO2, which were milled to reduce the particle size and reach a diameter range close to the colloids.FeCrAl metallic monoliths with 400 and 600 cpsi were previously treated thermally to increase surface roughness, which in sequence was made the deposition of the active phase in the monoliths by dip-coating method. The slurry with CuNi/Al2O3 catalyst had the addition of Al2O3 and polyvinyl alcohol as binding agents while the slurry with NiCu/Na2O/Nb2O5 and NiCu/CeO2 catalysts were free of binding agents, resulting in slurries with different viscosities, being noticed its effect on the amount of dip-coatings required. The SEM and EDX analisys were carried out on the monoliths before and after being coated by the different catalysts, confirming the increase of the roughness caused by the thermal treatment on the surface of the monolith with the formation of oxide layer and differences in the dispersion and homogeneity of the active phase, also was made adhesion tests, textural analysis and infrared spectroscopy (FT IR) The catalytic tests occurred at 500 °C and the feed of mixture of ethanol and water molar ratio 1/10 and nitrogen as carrier gas. The products obtained using the coated monolith with NiCu/Na2O/Nb2O5 catalyst were H2,ethene, CO, CO2, CH4 and acetaldehyde. It also showed some instability. When the Cu/Ni/Al2O3 catalyst was used, it was verified that the main product was ethene and hydrogen, presenting as an inefficient catalyst for the hydrogen production, but it had presented high stability. The NiCu/CeO2 catalyst had acetone as one of its products due to the presence of acidic and basic sites and obtained the best result regarding the selectivity of hydrogen