Catalisadores à base de Cu, Zn, Al e Ce aplicados à reação deslocamento gás-água

• Main Author: Borges, Laís Reis
• Other Authors: Assaf, José Mansur
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de São Carlos 2016
• Subjects: Catálise; Cobre; Zinco; Alumínio; Cério; Reação de deslocamento gás água; ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
• Online Access: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/4147

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6179.pdf: 1495003 bytes, checksum: 318ff68645a560fe267b89c95dde6663 (MD5) Previous issue date: 2014-03-26 === Universidade Federal de Sao Carlos === The water gas-shift reaction (WGS) is an important step in the production process and purification of H2 from hydrocarbon. Commercially, to overcome the thermodynamic and kinetic limitations, this reaction occurs in two steps, one at higher temperature (450º C to 320ºC) and another step at lower temperature (190º C to 250ºC). The catalyst Cu/ZnO/Al2O3 is used industrially for water gas-shift reaction at low temperature in the chemical and petrochemical industry. Although widely used, are disagreements about the role of each metal in the catalyst, the role of Zn and Al as promoter or stabilizer is not clear and controversies about the influence of some parameters in the activity. This study verified the activity of the catalyst Cu/ZnO/Al2O3 in water gas-shift reaction in the range of temperature, 150ºC to 350ºC, and the feed molar ratio of CO: H2 equal to 1:5. The catalysts were prepared by co-precipitation method, and the effects of content of Al, ratio Cu/Zn and the CeO2 addition was investigated. There was a synergistic effect between the metals Cu-Zn-Al at a ratio (6:3:1), which led to a larger surface area of Cu metallic, and a higher activity compared to the catalysts bimetallics: CuAl (6:1) and CuZn (6:1). By adding Ce to the tri-metallic compound a greater activity was observed at higher temperature than 250ºC, caused by the activation of the effect of oxygen storage characteristic of cerium oxide, however it has been a reduction on stability. The quantity of Al influenced the precursor structure whith formation of rosasita and malachite with low levels of Al, and hydrotalcite structure was observed when the Al content was higher than 11.4% (mass concentration). A great quantity of Al (16% (mass concentration)) was found among the hydrotalcite catalysts, which led to a higher conversion of CO and higher crystallinity, however this activity is almost the same of the catalyst derived from the structures malachite and rosasita (CuZnAl/6:3:1) at high temperature. The catalyst whith Cu/Zn=2 presented higher activity at temperatures below 250ºC, probably due to the higher metallic area, while at high temperature, catalysts with high ratios of Cu/Zn achieved higher conversions. Therefore, this study verifies that TOF (turn over frequency) isn t directly related with surface area of Cu0, the crystallinity and quantity of Cu are factors that influenced the activity of the WGS reaction. === A reação de deslocamento gás-água é uma etapa importante no processo de produção e purificação de H2 a partir de hidrocarbonetos. Comercialmente, para superar as limitações termodinâmicas e cinéticas, esta reação acontece em duas etapas, uma a temperatura mais alta (320ºC a 450ºC) e a outra a temperatura mais baixa (190ºC a 250ºC). Catalisadores Cu/ZnO/Al2O3 são utilizados industrialmente para reação de deslocamento gás-água a baixa temperatura na indústria química e petroquímica. Apesar de amplamente usados, ainda se encontram divergências quanto ao papel de cada metal nesse catalisador. Os papéis do Zn e do Al como promotores ou estabilizadores ainda não estão esclarecidos, além de controvérsias quanto à influência de alguns parâmetros na atividade. Este trabalho verifica a atividade do catalisador Cu/ZnO/Al2O3 na reação de deslocamento gás água no intervalo de temperaturas de 150oC a 350oC e na razão molar CO:H2O de alimentação igual a 1:5. Os catalisadores foram preparados pelo método de coprecipitação, variando os metais Zn e Al na presença de Cu, o teor de Al e a razão Cu/Zn. Além disso, foi adicionado CeO2 como promotor. Observou-se um efeito sinergético entre os metais Cu-Zn-Al na proporção (6:3:1) que levou a uma maior área superficial de Cu metálico e uma maior atividade quando comparado aos bimetálicos CuAl (6:1) e CuZn (6:1). Ao adicionar Ce ao trimetálico, uma maior atividade foi observada a partir de 250ºC, temperatura na qual há a ativação do efeito de armazenamento de oxigênio, característico do óxido de cério, contudo, foi verificado uma redução na estabilidade. O teor de alumínio influenciou na estrutura precursora formada, a rosasita e malaquita. Essas estruturas foram formadas com baixos teores de Al e a hidrotalcita passou a substituir a mesma quando o teor de Al foi próximo a 11,4% (m/m). Um teor ótimo (16% Al (m/m)) foi encontrado dentre os catalisadores de hidrotalcita, a qual levou a uma maior conversão de CO e maior cristalinidade, contudo a atividade deste é próxima à do catalisador derivado das fases rosasita e malaquita (CuZnAl/6:3:1) em alta temperatura. O catalisador com razão Cu/Zn igual a dois apresentou maior atividade em temperaturas abaixo de 250ºC em relação às razões um e três devido, provavelmente, à maior área metálica, enquanto que em alta temperatura, catalisadores com razões Cu/Zn mais altas alcançaram maiores conversões. Verificou-se também que a freqüência de reação (TOF) não está relacionada diretamente com a dispersão/área superficial de Cu0 e que a cristalinidade do Cu e o teor de Cu são fatores que também influenciam na atividade da reação WGS.