Síntese e caracterização dos catalisadores Ni/γ-Al₂O₃ e Ru-Mo/HZSM-5 visando aplicação na produção de hidrogênio pelo processo combinado de reforma seca/desidroaromatização do metano

Abstract

Devido à crescente demanda por fontes de energia limpa, o estudo de rotas para produção de hidrogênio torna-se importante tendo em vista seu alto potencial energético bem como o fato da sua combustão não resultar na produção de gases poluentes e sim na formação de água como produto principal. Neste contexto, processos de produção de hidrogênio a partir da conversão direta do metano, bem como a reforma seca, se destacam haja vista o benefício ambiental da utilização de gases de efeito estufa como reagentes para produção de hidrogênio, que é fonte de energia limpa, bem como para a formação de produtos de alto valor agregado. Entretanto, muitos são os desafios impostos aos processos de conversão do metano, em especial aos de conversão direta, como a desidroaromatização, sendo imprescindível o emprego de catalisadores com alta atividade catalítica, seletividade e estabilidade. O presente trabalho tem como objetivo geral a síntese e caracterização de catalisadores ativos para a reação de reforma seca (RSM) e desidroaromatização do metano (DAM) visando a aplicação destes no processo combinado das duas reações (DAM/RSM) em reator de leito fixo com membrana seletiva à hidrogênio. Os catalisadores foram sintetizados por meio do método de impregnação por via úmida, sendo o catalisador preparado para uso na RSM foi a alumina gama impregnada com níquel (Ni/ γ-Al₂O₃), e para aplicação na DAM foi realizada a síntese da zeólita HZSM-5 impregnada com molibdênio e rutênio (Ru-Mo/HZSM-5). Os catalisadores preparados foram caracterizados por difração de raios X (DRX); espectroscopia infravermelha com transformada de Fourier (FTIR); análise termogravimétrica e termogravimetria derivada (TGA/DTG); análise de porosidade e área superficial por BET/BJH e espectrometria por absorção atômica (AAS). As caracterizações indicaram que a impregnação metálica foi efetiva, sendo identificada concentração de 1,49% de Ni no catalisador Ni/ γ-Al₂O₃ e evidências de impregnação metálica no DRX do catalisador Ru-Mo/HZSM-5. A impregnação metálica nos suportes comerciais sugere que foram obtidos catalisadores ativos para o processo combinado DAM/RSM, sendo possível aplicá-los no estudo da influência da configuração do leito fixo catalítico, sem/com membrana seletiva à hidrogênio, e parâmetros relacionados a atividade e estabilidade dos catalisadores durante a reação, bem como na avaliação do efeito de parâmetros operacionais tais como: temperatura; vazão e fração de CO₂/CH₄ na alimentação do processo.