Cinética e mecanismo da reação de reforma de etanol com vapor d’água sobre catalisador bimetálico Cu-Ni/NbxOy
| Ano de defesa: | 2017 |
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| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
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Universidade Estadual de Maringá
Departamento de Engenharia Química Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química Maringá, PR Centro de Tecnologia |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.uem.br:8080/jspui/handle/1/6525 |
Resumo: | Orientador: Prof.ª Dr.ª Nádia Regina Camargo Fernandes-Machado |
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Cinética e mecanismo da reação de reforma de etanol com vapor d’água sobre catalisador bimetálico Cu-Ni/NbxOyReação catalítica (Engenharia química)Etanol - Reação de reformaHidrogênio - ProduçãoCatalisadores - Cobre/Niquel - SuportadosCinética (Engenharia química)Mecanismo660.2995EngenhariasEngenharia QuímicaOrientador: Prof.ª Dr.ª Nádia Regina Camargo Fernandes-MachadoCoorientador: Prof. Dr. Marcos de SouzaTese (doutorado em Engenharia Química)--Universidade Estadual de Maringá, Centro de Tecnologia, Dep. de Engenharia Química, 2017RESUMO: O uso de células a combustível tem sido apontado como uma das tecnologias mais adequadas para a geração de energia devido tanto à sua elevada eficiência quanto à redução na emissão de gases nocivos ao meio ambiente, como NOx e CO, principalmente quando estes dispositivos operam com hidrogênio. Este combustível da célula pode ser obtido de diversas fontes, como a partir da reforma de etanol com vapor d’água, permitindo gerar energia sem o uso de fontes não-renováveis. Além disso, o uso deste bioálcool como fonte de hidrogênio apresenta um ciclo fechado de carbono, portanto, não contribuindo com o aumento de emissões de CO2, um dos responsáveis pelo efeito estufa. A escolha do catalisador, bem como das condições reacionais, é diretamente responsável pelo rendimento nos processos de conversão deste álcool a H2. Neste trabalho, a cinética da reação de reforma de etanol sobre o catalisador Cu-Ni/NbxOy foi investigada na faixa de 400 °C a 500 °C. Este catalisador demonstra elevada seletivida e rendimento na produção de H2 e CO2, além de baixa formação de CH4, ausência de CO e produtos de desidratação. O catalisador foi sintetizado pelo método de coprecipitação e apresentou diferentes estruturas do óxido de nióbio, além da formação de óxido misto entre pentóxido de nióbio e óxido de cobre, detectados através das análises de DRX e RTP-H2, o que favoreceu o efeito de interação metal-suporte. Os perfis de ATG/CDE demonstraram elevada estabilidade térmica, enquanto testes de quimissorção seletiva e micrografias de MEV indicaram elevada dispersão da fase ativa. Os testes catalíticos em função do tempo de contato demonstraram que as etapas que compõem o processo são a desidrogenação a acetaldeído, decomposição a metano e monóxido de carbono e reação de deslocamento gás-água para formação de CO2, que permitiram propor um mecanismo para a reação global de reforma de etanol. Os dados cinéticos obtidos em regime diferencial, isentos de efeitos difusionais, permitiram propor expressões de taxa de reação, considerando diferentes etapas como determinantes, que representaram os dados experimentais satisfatoriamente. Os modelos de desidrogenação e decomposição apresentaram melhor correlação, enquanto o modelo de decomposição do intermediário CH não foi adequado. A equação de Lei de Potências também apresentou baixos desvios entre valores de taxa de reação preditos e observados, mas somente para a faixa de composição na qual foi obtida. Os subprodutos e produtos finais foram adicionados na alimentação do sistema e os valores experimentais de taxa de reação para etanol comparados aos valores fornecidos pelos modelos, o que permitiu validar as expressões. A energia de ativação global estimada foi de 373 kJ/mol. Os modelos cinéticos foram adequados para representar o processo de reforma de etanol com vapor d'água para a produção de hidrogênio no sistema reacional utilizadoABSTRACT: The use of fuel cells has been pointed out as one of the best technologies for energy generation since they present high efficiency and low emission of harmful gases to the environment, like NOx and CO, principally when these devices work with hydrogen. This fuel can be acquired from many sources, as ethanol steam reforming, which generates energy withouth using no-renewable sources. In addition, the use of this bioalcohol as a source of hydrogen has a closed carbon cycle, not contributing to CO2 emissions increase, one of those responsible for the greenhouse effect. The choice of the catalyst, as well as reaction conditions, directly affects the process of ethanol-to-hydrogen conversion. Therefore, kinetics of the ethanol steam reforming reaction on the Cu-Ni/NbxOy catalyst was investigated since 400 ºC to 500 °C range. This catalyst shows a good selective and yield for production of H2 and CO2, besides low formation of CH4, no CO and dehydration products. The catalyst was synthesized by coprecipitation method which presented different niobium pentoxide structures and mixed oxide between niobium pentoxide and copper oxide, detected through the XRD and TPR-H2 analyses. It was observed that the metal-support interaction was favored. TGA/DSC profiles demonstrated high thermal stability, while selective chemisorption and SEM images indicated high dispersion of the active phase. The catalytic tests as a function of the contact time demonstrated that the steps that comprise the global process are dehydrogenation to acetaldehyde, decomposition to methane and carbon monoxide and water-gas shift reaction for production of CO2, which allowed proposing a mechanism for the ethanol reforming reaction. The kinetic data obtained in differential conditions, withouth diffusional effects, led to different rate expressions considering several determining steps, and the experimental data were satisfactorily fitted. The dehydrogenation and decomposition models presented the best correlation, while the CH intermediary decomposition model was not so good. The Power Law equation also presented low deviations between predicted and observed data, but it is restricted to the range of composition in which it was fitted. By-products and products were added to the feed flow system and the experimental reaction rates were compared to the models, which allowed the validation of the expressions. It was estimated the global activation energy, 373 kJ/mol. The kinetic models were suitable to represent the ethanol steam reforming for hydrogen production in the reaction system used145 f. : il. (algumas color.), figs., tabs.Universidade Estadual de MaringáDepartamento de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaMaringá, PRCentro de TecnologiaFernandes-Machado, Nádia Regina CamargoSouza, Marcos deAlves, Helton JoséSchwaab, MarcioCardoso Filho, LucioScaliante, Mara Heloisa Neves OlsenSilva, Fernandes Alves da2023-11-27T13:17:18Z2023-11-27T13:17:18Z2017info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfSILVA, Fernandes Alves da. Cinética e mecanismo da reação de reforma de etanol com vapor d’água sobre catalisador bimetálico Cu-Ni/NbxOy. 2017. 145 f. Tese (doutorado em Engenharia Química)--Universidade Estadual de Maringá, Centro de Tecnologia, Dep. de Engenharia Química, 2017, Maringá, PR.http://repositorio.uem.br:8080/jspui/handle/1/6525info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM)instname:Universidade Estadual de Maringá (UEM)instacron:UEM2024-10-24T18:27:26Zoai:localhost:1/6525Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.uem.br:8080/oai/requestrepositorio@uem.bropendoar:2024-10-24T18:27:26Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM) - Universidade Estadual de Maringá (UEM)false |
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