Desenvolvimento de catalisadores estruturados à base de Ni e Rh aplicados a processo de mitigação de CO2

Abstract

Foram estudados catalisadores em pó e estruturados à base de Ni e/ou Rh suportados em alumina e/ou céria-alumina aplicados na reação de reforma seca do metano. Diferentes fatores para obtenção de um catalisador com boas propriedades físico-químicas e bom desempenho catalítico foram investigados, como o método de preparação, formulação do catalisador, tratamento térmico do suporte e do catalisador. O tratamento térmico do suporte proporcionou menor área superficial ao catalisador, diminuindo em 30% a dispersão metálica. Também foi verificado que os catalisadores calcinados a temperaturas mais elevadas apresentaram maior formação de NiAl2O4, reduzindo a dispersão metálica em até 75%, acarretando na diminuição de 15% na atividade catalítica. Adicionalmente, o catalisador preparado pelo método todo-em-um exibiu mais do que o dobro da dispersão do catalisador preparado por impregnação seca, apresentando maiores conversões de CH4 e CO2. A adição de CeO2 ao suporte catalítico incrementou sua basicidade, aumentando em 20% sua atividade catalítica. O catalisador monometálico à base de Ni exibiu conversões parecidas ao catalisador bimetálico, enquanto foi mais ativo do que o catalisador à base de Rh, apesar deste não ter apresentado formação de coque. O catalisador com tamanho de partícula superior a 320 μm apresentou limitações de difusão interna. Logo, constatou-se que o catalisador em pó NiTU-550CeAlNC apresentou melhores propriedades e melhor desempenho catalítico, sendo recoberto nos sistemas estruturados do tipo monólito com diferentes densidades de canais e do tipo espuma com porosidades variadas. Por conseguinte, foi observado que os sistemas monolíticos e as espumas apresentaram dispersão e redutibilidade semelhantes. A aderência do catalisador aos sistemas estruturados foi superior a 90%, após 4 testes consecutivos. A atividade catalítica diminuiu com o aumento da espessura da camada catalítica dos monólitos em até 15% e das espumas em até 10%. As espumas apresentaram conversões de CH4 (38%) e CO2 (50%) superiores aos monólitos(entre 18 e 30% para o CH4 e entre 25 e 42% para o CO2). Adicionalmente, verificou- se que a temperatura global da reação é um fator determinante para a atividade dos sistemas estruturados. Finalmente, foi constatado que o catalisador em pó apresentou o dobro da taxa de desativação em relação aos catalisadores estruturados. Portanto, a boa estabilidade dos catalisadores estruturados sugere que estes sistemas são uma alternativa interessante para intensificação do processo da reação de RSM.