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Previous issue date: 2013 === Despontando como nova, mas não necessariamente recente, a tecnologia da miniaturização
chega também aos processos químicos. Assim, este trabalho guiou-se com o objetivo de
avaliar esta tecnologia no que concerne à concepção e emprego de microssistemas, em
especial os microrreatores, desenvolvidos para processos catalíticos, com o intuito de
intensificação desses processos, consideradas condições de maior segurança e superação de
limites difusionais e térmicos. Foram preparados microrreatores do tipo monólitos em aço
Fecralloy®, de 18 mm de diâmetro e 3 cm de comprimento, cada um com canais sinusoidais
de 500 μm, tendo sido recobertos por catalisadores específicos para a reforma seca do metano,
sendo um de níquel-alumina e outro de níquel/céria-alumina, com massa de fase ativa
correspondente a 5,0% em massa (de níquel metálico). Uma vez preparados, os referidos
catalisadores foram caracterizados e avaliados quanto ao seu desempenho, em termos de
atividade catalítica, frente ao processo químico eleito. A escolha dos catalisadores se deu
considerando-se o uso comercial do catalisador de níquel suportado em alumina para as
reformas do gás natural, com vistas à obtenção de gás de síntese (syngas) e de hidrogênio,
bem como à possibilidade de melhoria de seu desempenho com a dopagem de seu suporte
(gama-alumina) com céria (CeO2). Os monólitos recobertos com os catalisadores também
foram caracterizados, avaliando-se alguns fatores, dentre os quais sua resistência mecânica,
para serem submetidos também a avaliações através da reforma seca do metano e, ao final,
serem comparados, em termos de atividade catalítica, conversões, rendimentos e
seletividades, com os desempenhos dos catalisadores puros. Os procedimentos de preparação
dos catalisadores e monólitos foram realizados em parceria com a Universidad del País Vasco
(Espanha), seguindo técnicas já consolidadas pelos seus pesquisadores, e os processos
reativos foram levados a efeito no Laboratório de Processos Catalíticos da UFPE. Os
procedimentos de formulação e preparação dos catalisadores e monólitos se mostraram
eficazes, tendo sido obtidos resultados bastante significativos em termos dos parâmetros
avaliados. Conversões de 96% para o metano foram alcançadas com ambos os catalisadores
puros. Porém, com os sistemas microestruturados, alcançou-se 97% de conversão para o
catalisador de níquel/alumina e próximo dos 100% para o catalisador de níquel/céria-alumina,
em tempos espaciais maiores e a temperaturas mais elevadas. Rendimentos e seletividades
para o gás de síntese de 88,7% e 94,5%, respectivamente, utilizando-se o catalisador de
níquel/céria-alumina, foram verificados com o emprego dos sistemas microestruturados.
Razões molares de H2/CO em torno da unidade foram mantidas, como sugerem os processos
de reforma seca do metano. Paralelamente, foram realizados estudos termodinâmicos e
cinéticos com vistas a uma modelagem do processo avaliado, adotando-se inicialmente
parâmetros cinéticos constantes da literatura e ajustando-os ao caso. Balanços mássicos e
térmicos foram efetuados, juntamente com considerações difusionais e fluidodinâmicas, para
se implementar um modelo usando-se o método dos elementos finitos. Validado o modelo
através dos resultados experimentais, foi possível a análise dos fenômenos fluidodinâmicos no
interior dos canais dos monólitos concebidos, avaliando-se o comportamento dos
componentes reacionais, bem como os perfis de temperatura do sistema.
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