Caracterização e avaliação de catalisadores de Fe suportado em zeólita HZSM-5 para a síntese de Fishcer-Tropsch

• Autor(a) principal: Silva, Lucas Alves da
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-07022024-115619/
• topic: Catálise; Catalysis; Combustível sintético; Ferro; Fischer-Tropsch synthesis; Iron; Kinetics; Síntese de Fischer-Tropsch; Synthetic fuels; Zeólita; Zeolites

O aumento da demanda energética e as preocupações com as mudanças climáticas destacam a importância do desenvolvimento de combustíveis sintéticos. A síntese de Fischer- Tropsch (FTS), uma etapa nos processos gas-to-liquid, é uma reação catalítica que converte gás de síntese (CO e H2) em uma ampla variedade de hidrocarbonetos, e é uma tecnologia promissora para a produção de combustíveis sintéticos. Esse processo ocorre por meio de um mecanismo de polimerização e seus resultados dependem das condições operacionais e principalmente do catalisador utilizado. Catalisadores de Fe/zeólita têm sido amplamente estudados para FTS devido ao seu custo-benefício e atividade bifuncional. No entanto, há pouca pesquisa abordando uma compreensão completa das propriedades físico-químicas de Fe/HZSM5 e os efeitos das variadas condições de reação na FTS, assim como a avaliação cinética da conversão de CO sobre esse tipo de catalisador. Este trabalho concentrou-se no estudo da síntese, caracterização e avaliações catalíticas e cinéticas de Fe/H-ZSM5 para a síntese de Fischer-Tropsch. Os resultados de caracterização mostraram estruturas de zeólita e óxido de ferro com cristalinidade, alta área superficial do suporte e presença de mesoporos. As partículas de Fe foram distribuídas heterogeneamente no suporte em diferentes tamanhos, apresentando múltiplos estágios de redução. Os catalisadores foram ativos para a síntese de Fischer-Tropsch, alcançando uma conversão máxima de CO de 86% a 350°C e uma conversão média acima de 50% a 300°C. Em geral, os catalisadores apresentaram uma maior formação de hidrocarbonetos de cadeia curta (C2-C4) e de cadeia média (C5-C8). Temperatura, pressão, velocidade espacial e composição da alimentação mostraram uma considerável influência na conversão de CO. O catalisador manteve sua atividade estável ao longo do tempo sem mudanças estruturais ou deposição de coque. Por fim, o modelo cinético proposto para o catalisador de melhor desempenho seguiu a rota do carbeto, considerando um mecanismo de sítio duplo com adsorção dissociativa de CO e H2, e participação de CO2, confirmada pela caracterização in situ.