Desenvolvimento experimental e validações do processo catalítico (Ni/γ-Al2O3/CeO2-Al2O3) de reforma metano-dióxido de carbono em reator de leito fluidizado

Abstract

A reforma do metano com dióxido de carbono para produzir gás de síntese sobre os catalisadores de Ni/γ-Al2O3 e Ni/CeO2-Al2O3 foi investigada. O catalisador de níquel suportado em gama alumina e gama alumina céria apresentou elevada atividade e estabilidade, apesar de seu elevado potencial para desativação por formação de coque sobre os sítios ativos. O desenvolvimento da reforma seca do metano, principal componente do gás natural (GN), foi estudado em reator de leito fluidizado segundo o modelo original em duas fases proposto por Van Deemter e Van der Laan (1961) e Kunii e Levenspiel (1969). Com vistas à condução do processo de reforma seca do CH4 foi projetado e construído um sistema piloto laboratorial constituído de um reator de leito fluidizado em aço inoxidável AISI 310S, o qual apresenta as seguintes características geométricas e operacionais: Ht = 1,18 m, Dint. = 0,038 m, velocidade mínima de fluidização umf = 0,31 cm/s, velocidade superficial uo = 1,76 cm/s, vazão superficial de operação Qo = 1200 cm3/min, diâmetro da partícula variando entre (dp) = 65-114 μm, massa de catalisador mcat. = 280g e temperatura de operação de 973,15K sob pressão constante de 1 bar. Nestas condições previstas de operações, foram elaboradas as modelagens matemáticas de balanços de massa e energia, as quais foram aplicadas ao processo de reforma quando os perfis de concentração dos reagentes e produtos foram obtidos. Os modelos matemáticos formulados para o presente trabalho foram validados com base nas observações experimentais da reforma seca do metano em reator de leito fluidizado borbulhante. O processo foi realizado com razão molar de alimentação de CH4:CO2:Ar = (2:3:15 v/v), tempo espacial de 14 gcat s cm-3 a 28 gcat s cm-3 , GHSV = (128,57- 257,15) cm3 gcat -1 h-1 e atingiu patamares de conversões de 51,54% e 45,51% com relação ao CH4 e CO2. Os rendimentos atingiram os patamares de 47,72% para o H2, 49,95 para o CO e 97,67% para o gás de síntese. As seletividades dos produtos na saída do reator, segundo predições do modelo e medições experimentais, atingiram a ordem de grandeza média de 48,05% e 98,35% para o hidrogênio e para o gás de síntese produzido