Reforma a vapor de glicerol com catalisadores de ni-mo2c-al2o3 para a produção de gás de síntese renovável

Abstract

RESUMO: Considerando a crescente produção nacional de biodiesel, por consequência de glicerol, a possibilidade da produção de gás de síntese renovável, a partir do excedente de glicerol proveniente dessa indústria é extremamente interessante para auxiliar na descarbonização da matriz energética brasileira. Neste trabalho a reforma a vapor do glicerol sob catalisadores de Ni-Mo2C-Al2O3 foi investigada, visando a produção de gás de síntese renovável, ao longo de diferentes estágios, desde a concepção do material catalítico até a sua utilização em reatores integrais não isotérmicos. As caracterizações catalíticas comprovaram a formação de carbetos (Mo2C e NiC) no catalisador, detectaram importantes diferenças químicas e morfológicas entre os catalisadores Sol-gel e Impregnado, determinaram que as etapas de síntese não afetam a área superficial do catalisador, caracterizaram e quantificaram a formação de carbono grafítico e amorfo nos materiais catalíticos usados e indicaram a presença do fenômeno de sinterização nos catalisadores usados, dentre outras coisas. Além disso, ensaios de 30 h em reatores de pequena escala demonstraram que os materiais catalíticos sintetizados pelo método sol-gel apresentaram os melhores resultados, com elevada estabilidade (15 h) e atividade, além de conversão, rendimento em H2, e velocidade global de reação de 100%, 60%, e 62 mmolGli.h-1 .gcat-1 , respectivamente. Por sua vez, a partir de ensaios cinéticos com temperatura (550°C a 700°C) e vazão de alimentação variável foi possível determinar leis de velocidade empíricas que descrevessem as velocidades de formação dos principais gases (CO, CO2 e H2). Estas leis, aplicadas a balanços de massa e energia permitiram simular o processo de reforma a vapor do glicerol em reator integral não isotérmico de maior dimensão. A simulação foi então comparada a dados experimentais extraídos de ensaios com mais de 80 h de duração, permitindo o ajuste dos parâmetros de transferência de calor e massa do modelo. Com o modelo ajustado foi possível quantificar as composições da corrente de produtos ao longo do comprimento do leito catalítico e determinar que para se atingir razões molares H2/CO próximas a dois é necessário conversões de glicerol elevadas

ABSTRACT: Considering the growth in the biodiesel industry and consequently in glycerol, the possibility of producing renewable syngas from the surplus glycerol is extremelvinteresting to help and decarbonize Brazil's energy matrix. In this work, the steam reforming of glycerol over Ni-Mo2C-Al2O3 catalysts, aiming at the production of renewable syngas, was investigated through different stages, from the conceptualization of the catalytic material to its use in non-isothermal integral reactors. Stability tests (30 h) in small-scale reactors demonstrated that the catalytic materials synthesized by the sol-gel method showed the best results, with high stability (15 h) and activity, as well as conversion, H2 yield, and overall reaction rate of 100%, 60%, and 62 mmolGly.h-1 .gcat-1 , respectively. Furthermore, from kinetic tests with Variable temperature (550°C to 700°C) and feed rate, it was possible to determine empirical rate laws describing the formation rates of the main gases (CO, CO2, and H2). These laws, applied to mass and energy balances, allowed simulating the glycerol steam reforming process in a larger non-isothermal integral reactor. The simulation was then compared to experimental data extracted from tests lasting over 80 h, allowing the adjustment of the model's heat and mass transfer parameters. With the adjusted model, it was possible to quantify the compositions of the product stream along the length of the catalytic bed and determine that to achieve H2/CO molar ratios close to two, high glycerol conversions are necessary. Additionally, catalytic characterizations confirmed the formation of carbides (Mo2C and NiC) in the catalyst, detected significant chemical and morphological differences between the Sol-gel and Impregnated catalysts, determined that the synthesis steps do not affect the catalyst's surface area, characterized and quantified the formation of graphitic and amorphous carbon in the used catalytic materials, and indicated the presence of sintering phenomena in the used catalysts, among other things