Reforma autotérmica do metano: estudo do Processo e de catalisadores

dc.contributor.advisor1Assaf, José Mansur
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9563312407691130por
dc.contributor.authorDias, Joelmir Augusto Costa
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/8994385933947902por
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0009-0000-5458-7765por
dc.date.accessioned2024-02-27T13:21:39Z
dc.date.available2024-02-27T13:21:39Z
dc.date.issued2005-05-07
dc.description.abstractThe study of the autothermal reforming of methane over Ni/γ-Al2O3 catalyst, promoted with noble metals was the objective of this work. In the first part, the stability to coke deposition of the autothermal reforming was studied, through air addition to the feed of steam reforming, at 600oC over Ni/γ-Al2O3, at favourable conditions to coke deposition (CH4/H2O=4). It has been observed that the amount of coke decreased with the increase in air addition. This leads to the conclusion that the autothermal reforming of methane is a stable process to coke deposition. The second part of the work concentrated in the understanding of the effect of small amount (0,3% w/w) of the noble metals platinum, iridium and palladium for the steam reforming, partial oxidation and autothermal reforming of methane. The preparation of the platinum- and iridium-promoted catalysts was made via chloride. For the palladium, chloride and nitrate was used. It has been observed that the addition of noble metals allowed the reduction of the catalyst at lower temperature, increasing the reduction degree and, consequently, the metallic surface area of the catalyst. The small amount of noble metals did not cause any important electronic influence to nickel. Partial oxidation of methane also did not suffer any effect of noble metals, given that the non-promoted catalyst took this reaction to thermodynamic equilibrium. The steam reforming hat its conversion increased, and this increase was proportional to the metallic surface area. The same happened with autothermal reforming. This leads to the suggestion that the steam reforming is the limiting step for the autothermal reforming. Thus, it has been concluded that the unique important effect of the addition of platinum, iridium and palladium to the Ni/γ-Al2O3 catalyst, for autothermal reforming, is the increase in metallic surface area of the catalysts. The same catalysts were submitted to start tests of autothermal reforming of methane, without previous reduction with hydrogen. These tests were made through intermittent starts at 600oC, alternated with air flow at high temperature. The platinum- and iridium- promoted catalysts were active in all starts. For the catalysts promoted with palladium, only the ones prepared via nitrate was active. The palladium-promoted catalysts, via chloride, did not showed activity in autothermal reforming without previous reduction with hydrogen, being active only for combustion of methane, due to the non-reduction, due to the formation of palladium oxochloride, which has a strong interaction with alumina. In the third part of the work, the behavior of the steam and autothermal reforming and partial oxidation of methane in extended bed reactor was studied. The temperature profiles of the reactions were measured with the catalysts promoted with platinum and palladium. It has been verified that the partial oxidation and autothermal reforming occurs via combustion, parallel with steam and CO2-reforming. The promoted catalysts showed a flatter temperature profile than non-promoted catalyst, due to the difference of activity among them.eng
dc.description.resumoEste trabalho teve como objetivo o estudo do processo de reforma autotérmica do metano, e do catalisador Ni/γ-Al2O3, promovido com metais nobres, para este processo. Na primeira parte do trabalho se estudou a estabilidade à deposição de carbono do processo de reforma autotérmica, através da alimentação de ar na reforma a vapor do metano, a 600oC, em condições favoráveis a deposição de carbono (CH4/H2O = 4) em catalisadores Ni/γ-Al2O3, onde se verificou que a quantidade de coque depositado diminui com o aumento da quantidade de ar. Assim, a reforma autotérmica do metano se mostrou um processo estável, quanto à deposição de carbono. A segunda parte do trabalho concentrou-se no entendimento do efeito da adição de teores até 0,3% em massa dos metais nobres platina, irídio e paládio em catalisadores Ni/γ-Al2O3, para os processos de reforma a vapor, oxidação parcial e reforma autotérmica do metano. A adição de platina e irídio ao catalisador se deu via cloreto destes metais. Para o paládio se utilizou cloreto e nitrato. Nesta etapa, verificou-se primeiramente que a adição do metal nobre faz com que os catalisadores se reduzam a temperaturas mais baixas, aumentando o grau de redução e a área metálica do catalisador. A pequena quantidade de metal nobre não causou influência eletrônica sensível no níquel. Não se observou efeito nenhum dos promotores na oxidação parcial do metano, uma vez que o catalisador não promovido leva a reação ao equilíbrio termodinâmico. A reforma a vapor, por sua vez, sofre um aumento na conversão, sendo este aumento proporcional à área metálica, independente do metal nobre adicionado. O mesmo ocorre com a reforma autotérmica do metano, o que sugere que a reforma a vapor é a etapa limitante deste processo. Foi concluído que o único efeito importante da adição destas quantidades de platina, paládio e irídio para a reação de reforma a vapor e autotérmica do metano é o aumento da área metálica do catalisador. Os mesmos catalisadores foram sujeitos a testes de partida intermitente da reforma autotérmica do metano sem redução prévia com hidrogênio. Os catalisadores promovidos com platina, irídio e paládio, este último adicionado via nitrato, apresentaram-se ativos. Os catalisadores promovidos com paládio, via cloreto, não exibiram atividade para a reforma autotérmica do metano, sendo ativos apenas para a combustão do metano, devido à não redução do catalisador pelo fato do paládio apresentar forte interação com o suporte, através da formação de oxocloreto de paládio, devido à utilização de cloreto na sua preparação. Na terceira parte do trabalho foi estudado o comportamento das reações de reforma a vapor e autotérmica e oxidação parcial em reatores com leitos de 1 cm. Mediram-se os perfis de temperatura das reações nos catalisadores promovidos com platina e paládio. Foi constatado que as reações de oxidação parcial e reforma autotérmica ocorrem através da combustão do metano em paralelo com reações de reforma seca e a vapor. Foi observado que nos catalisadores promovidos as temperaturas são mais uniformes ao longo do leito, em relação a amostra não promovida, o que é atribuído às grandes diferenças de atividade.por
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.identifier.citationDIAS, Joelmir Augusto Costa. Reforma autotérmica do metano: estudo do Processo e de catalisadores. 2005. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2005. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19509.por
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19509
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.publisher.addressCampus São Carlospor
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQpor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectCatálisepor
dc.subjectCatalisadores de níquelpor
dc.subjectHidrogêniopor
dc.subjectMetais nobrespor
dc.subjectReforma a vaporpor
dc.subjectOxidação parcial do metanopor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICApor
dc.titleReforma autotérmica do metano: estudo do Processo e de catalisadorespor
dc.title.alternativeAutothermal reforming of methane: study of the process and catalystseng
dc.typeTesepor

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Tese de Doutorado de Joelmir