Reforma a vapor do propano com captura de dióxido de carbono utilizando catalisadores a base de níquel e óxido de cálcio

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Oliveira, Ana Caroline Pereira
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/31410
http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.3012
Resumo: The use of bifunctional catalysts to carbon dioxide (CO2) capture with concomitant hydrocarbon steam reform has been proposed as a possible option to improve hydrogen yield (H2) and decrease CO2 emissions. In this study, the performance of bifunctional catalysts of Ni over CaO, CaO-CaZrO3 and CaO-Ca2SiO4 were tested in CO2 capture and sorption-enhanced steam propane reforming cycles. The catalysts were synthesized by sol-gel technique and characterized by X-ray Diffraction (XRD) ex situ and in situ, Scanning Electron Microscopy (SEM), and X-Ray Absorption Spectroscopy (XAS) in situ. Both tests confirmed a significant improvement in the thermal stability of the catalysts containing ZrO2 and SiO2. The reason is the minimization of CaO sintering due to the higher thermal stability added by the formation of CaZrO3 and Ca2SiO4 and avoiding contact between the CaO particles. The catalyst containing silica, although it has a lower percentage of free CaO, and a shorter period before saturation in terms of CO2 capture (pre-breakthrough), produced a higher purity H2, both in pre-breakthrough and post-breakthrough, with purities close to 95 and 80%, respectively. On the other hand, the catalyst containing zirconia showed better CO2 capture since the second cycle than Ni/Ca catalyst and stable pre-breakthrough time, around 50 minutes. The formation of the mixed oxides CaZrO3 and Ca2SiO4 favored the thermal stability of the catalysts both in the carbonation and reaction tests. The thermogravimetric (TGA) tests, after the reaction cycles, also showed that presence of the mixed oxides CaZrO3 and Ca2SiO4 in the catalysts probably minimized formation of coke on catalysts surface, from 3.6 to 1.3 and 1.5 mgC/gcat/h, for the Ni/Ca, Ni/CaZr, and Ni/CaSi catalysts, respectively.
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The catalysts were synthesized by sol-gel technique and characterized by X-ray Diffraction (XRD) ex situ and in situ, Scanning Electron Microscopy (SEM), and X-Ray Absorption Spectroscopy (XAS) in situ. Both tests confirmed a significant improvement in the thermal stability of the catalysts containing ZrO2 and SiO2. The reason is the minimization of CaO sintering due to the higher thermal stability added by the formation of CaZrO3 and Ca2SiO4 and avoiding contact between the CaO particles. The catalyst containing silica, although it has a lower percentage of free CaO, and a shorter period before saturation in terms of CO2 capture (pre-breakthrough), produced a higher purity H2, both in pre-breakthrough and post-breakthrough, with purities close to 95 and 80%, respectively. On the other hand, the catalyst containing zirconia showed better CO2 capture since the second cycle than Ni/Ca catalyst and stable pre-breakthrough time, around 50 minutes. The formation of the mixed oxides CaZrO3 and Ca2SiO4 favored the thermal stability of the catalysts both in the carbonation and reaction tests. The thermogravimetric (TGA) tests, after the reaction cycles, also showed that presence of the mixed oxides CaZrO3 and Ca2SiO4 in the catalysts probably minimized formation of coke on catalysts surface, from 3.6 to 1.3 and 1.5 mgC/gcat/h, for the Ni/Ca, Ni/CaZr, and Ni/CaSi catalysts, respectively.CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoDissertação (Mestrado)O uso de catalisadores bifuncionais para a captura de dióxido de carbono (CO2) concomitante à reação de reforma a vapor de hidrocarbonetos tem sido proposto como uma possível opção para melhorar o rendimento de hidrogênio (H2) e diminuir as emissões de CO2. Neste trabalho, o desempenho dos catalisadores bifuncionais de Ni suportados em CaO, CaO-CaZrO3 e CaO-Ca2SiO4 foi testado em ciclos de carbonatação e regeneração e de reforma a vapor do propano com captura de CO2. Os catalisadores foram sintetizados pelo método sol-gel e caracterizados usando técnicas de Difratometria de Raios-X ex situ e in situ, Microscopia Eletrônica de Varredura e Espectroscopia de Absorção de Raios-X in situ. Os testes de carbonatação mostraram que os catalisadores contendo ZrO2 e SiO2 foram mais estáveis termicamente. Esta melhora pode ser atribuída à minimização da sinterização do CaO, em decorrência da maior estabilidade térmica agregada pela formação do CaZrO3 e Ca2SiO4 e por ambos evitarem o contato entre as partículas de CaO. O catalisador contendo sílica, apesar de possuir menor percentual de CaO livre, e portanto um menor período antes de atingir a saturação em termos da captura de CO2 (pre-breakthrough), produziu H2 com maior pureza, tanto no pre-breakthrough quanto no post-breakthrough, com purezas próximas a 95 e 80%, respectivamente. Já o catalisador contendo zircônia apresentou melhor captura de CO2 desde o 2º ciclo de carbonatação, quando comparado ao catalisador de Ni/CaO, além de tempo de pre-breakthrough estável e em torno de 50 minutos. A formação dos óxidos mistos CaZrO3 e Ca2SiO4 favoreceu a estabilidade térmica dos catalisadores tanto durante os testes de carbonatação, quanto durante os testes reacionais. Os testes de análise termogravimétrica (ATG) após os ciclos reacionais também mostraram que provavelmente a presença dos óxidos mistos CaZrO3 e Ca2SiO4 nos catalisadores minimizou a formação de coque na superfície dos catalisadores, passando de 3,6 para 1,3 e 1,5 mgC/gcat/h, para os catalisadores de Ni/Ca, Ni/CaZr e Ni/CaSi, respectivamente.Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em AdministraçãoHori, Carla Eponinahttp://lattes.cnpq.br/2617251488980560Dantas, Sandra Cristinahttp://lattes.cnpq.br/7030857553317983Watanabe, Erika Ohtahttp://lattes.cnpq.br/1133449403651961Oliveira, Ana Caroline Pereira2021-03-09T21:36:35Z2021-03-09T21:36:35Z2019-07-08info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfOLIVEIRA, Ana Caroline Pereira. Reforma a vapor do propano com captura de dióxido de carbono utilizando catalisadores a base de níquel e óxido de cálcio. 2019. 102 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.3012.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/31410http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.3012porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2021-03-10T06:16:14Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/31410Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2021-03-10T06:16:14Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
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