Reforma a vapor do metano sobre catalisadores de Pt-Ni/α-Al2O3: efeito das condições de síntese e do teor da Pt nas propriedades de oxi-redução, estruturais e catalíticas

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

29/06/2011

RESUMO

Nas refinarias da Petrobras, a demanda por hidrogênio tem aumentado consideravelmente nos últimos anos, devido à necessidade de implantação de processos de hidrotratamento de frações de petróleo para atender às novas legislações ambientais. A reforma a vapor é o processo mais usado para produzir hidrogênio e gás de síntese. Os catalisadores usados nesse processo têm níquel como fase ativa e são suportados em material refratário, tal como alfa-alumina. Estes catalisadores possuem melhor relação custo/benefício frente a outros mais ativos. Por outro lado a promoção dos mesmos com pequenas quantidades de metal nobre pode fornecer características interessantes sem afetar consideravelmente o custo final do catalisador. O catalisador do topo do reformador é mais propenso à oxidação, seja em situações de paradas não programadas ou mesmo na condição de operação normal, na ausência de hidrogênio. O uso da Pt como promotor tem sido estudado na literatura e os resultados mostram seu efeito na diminuição da temperatura de redução dos catalisadores a base de níquel. Adicionalmente, os catalisadores da região superior do reformador (entre 20- 40%) são mais suscetíveis ao coqueamento. O objetivo desse trabalho é avaliar como as condições de preparo e o teor de platina afetam os catalisadores de níquel suportados em α-Al2O3, quanto às propriedades de redução, oxidação, atividade, estabilidade e formação de coque. Os catalisadores foram avaliados nas condições de topo de um reformador industrial. Dessa forma, foram preparados catalisadores com diferentes teores de platina, 0,01% e 0,3%p/p e diferentes temperaturas de calcinação após as etapas de impregnação do níquel e da platina. Observou-se que a Pt aumenta a redutibilidade do catalisador com 10%p/p de níquel, calcinado a 600 e 800C, desde que o catalisador final, após a impregnação da platina, seja calcinado em baixa temperatura. Em temperaturas maiores, ocorre a sinterização da Pt e a supressão do seu efeito. O aumento da temperatura de calcinação do catalisador NiO/α-Al2O3 de 600 para 800C não causa uma diminuição considerável do efeito da Pt na redução do Ni. Quando o catalisador NiO/α-Al2O3 é calcinado a 1000C, o efeito da Pt se torna não significativo. A Pt aumenta a redutibilidade do catalisador mesmo em teores tão baixos como 0,01%p/p, porém seu efeito é maior quando maiores teor são usados na promoção. Esse comportamento é observado para a redução com H2, H2+H2O(v) e CH4+H2O(v). A redução com metano e vapor de água ocorre em maior temperatura, porém mais rapidamente. Propõe-se que isso se deva a proximidade dos átomos de Ni gerados o que facilitaria a difusão superficial dos mesmos através da superfície do suporte e a sua nucleação em clusters metálicos de níquel. A presença da Pt minimiza a formação de espécies com maior interação com o suporte, mesmo quanto o catalisador final é submetido a oxidação em altas temperaturas(900C). A promoção com 0,3%p/p de Pt desfavoreceu a formação de coque. Esse comportamento é atribuído a mudanças na estrutura superficial do catalisador ou na velocidade das etapas da reação de formação de coque. Aparentemente, para o catalisador com 0,01%p/p de platina, a pequena quantidade utilizada deste promotor seria insuficiente para ocasionar mudanças estruturais no mesmo ou alterar a taxa de reação. Esse comportamento foi encontrado tanto nos testes em condições que favorecem a formação de coque, quanto nas avaliações catalíticas em condições normais. Conforme demonstrado pela avaliação catalítica com etapa de redução com H2 e CH4 +H2O(v) e pelos testes de formação de coque no analisador termogravimétrico, a promoção com a platina propiciará maior atividade para o catalisador de níquel nos sistemas ou condições de teste em que reduzir o catalisador e/ou mantê-lo no estado reduzido seja um fator determinante.

ASSUNTO(S)

catalisadores redução (química) coque engenharia quimica

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