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http://hdl.handle.net/11422/28422
| Type: | Tese |
| Title: | Catalisadores Victor Teixeira: desenvolvimento e avaliação de carbetos bimetálicos e trimetálico de níquel, molibdênio e tungstênio na reação de reforma seca de metano |
| Author(s)/Inventor(s): | Barbosa, Renato Dias |
| Advisor: | Passos, Fabio Barboza |
| Co-advisor: | Resende, Neuman Solange de |
| Co-advisor: | Pacheco, Henrique Poltronieri |
| Abstract: | Carbetos bi e trimetálico (NiMo, NiW e NiMoW) foram sintetizados, caracterizados e avaliados como catalisadores na reforma seca de metano - DRM (T = 800 °C, P = 1 atm), empregando cargas reacionais com diferentes razões molares (CH4/CO2 iguais a 1,5; 1,0 e 0,67), simulando as composições de reservas de gás natural contaminadas com CO2 ou do biogás. A aplicação do carbeto trimetálico NiMoW em DRM é inédita na literatura e os carbetos de NiMo e NiW, pouco investigados, foram utilizados para comparação. Os precursores dos catalisadores, sintetizados por co-precipação, apresentaram baixa cristalinidade por se tratarem de hidróxidos de níquel lamelares turbostráticos, intercalados com oximetalatos de molibdênio e/ou tungstênio. Estes foram ativados por Temperatura Programada de Carburação resultando em estruturas policristalinas Ni-Mo2C, Ni-WC e Ni-MexC (sendo Me = Mo+W, x = 1-2). Embora os carbetos bimetalicos desativem em algumas situações (Ni-Mo2C por oxidação, se CH4/CO2<1; Ni-WC por deposição e carbono, se CH4/CO2≥1), o carbeto trimetálico NiMoW mostrou-se ativo, estável e versátil, mesmo quando empregadas cargas de diferentes razões molares de CH4/CO2. As atividades e estabilidades desses catalisadores em DRM mostraram-se associadas a ciclos contínuos de oxidação/carburação, nos quais o carbeto promove a ativação do CO2 (CO2 → CO + O*) que pode conduzir à sua oxidação (Me2C + 5O*→ 2MeO2 + CO; MeC + 3O* → MeO2 + CO); o níquel (Ni0) promove a decomposição do CH4 (CH4 → C* + 2H2) e o carbono sólido formado conduz à (re)carburação dos óxidos (2MeO2 + 5C* → Me2C + 4CO; MeO2 + 3C* → MeC + 2CO). Assim, o carbono pirolítico depositado sobre níquel, principal causa de desativação de catalisadores convencionais, nesses casos, desempenhou papel fundamental na manutenção da atividade catalítica, sendo responsável pela (re)carburação carbotérmica do molibdênio e/ou tungstênio parcialmente oxidados pelo CO2. |
| Abstract: | Bi and trimetallic carbides (NiMo, NiW and NiMoW) were synthesized, characterized and evaluated as catalysts in dry reforming of methane - DRM (T = 800 °C, P = 1 atm) employing reactional feed with different molar ratios (CH4/CO2 = 1.5; 1.0 and 0.67), simulating the compositions of natural gas reserves contaminated with CO2 or biogas. The NiMoW trimetallic carbide application in DRM is unpublished in the literature and the carbides of NiMo and NiW, scantly investigated, were used in comparison. The catalyst precursors, synthesized by coprecipitation, presented low crystallinities due to their layered turbostratic nickel hydroxides, intercalated by oxometalates of molybdenum and/or tungsten. These precursors were activated by Temperature Programmed Carburization resulting in polycrystalline structures Ni-Mo2C, Ni-WC e Ni-MexC (where Me = Mo+W, x = 1-2). Although bimetallic carbides deactivate in some situations (Ni-Mo2C by oxidation, if CH4/CO2<1; Ni-WC by carbon deposition, if CH4/CO2≥1), the trimetallic carbide NiMoW proved to be active, stable and versatile, even when employed reactional feeds of different molar ratios. Activity and stability of these catalysts in DRM were linked to continuous cycles of oxidation/(re)carburization, where the carbide promotes the activation of carbon dioxide (CO2 → CO +O*) which may lead to their oxidation (Me2C + 5O* →2MeO2 + CO; MeC + 3O* → MeO2 + CO); nickel (Ni0) promotes the methane decomposition (CH4 → C* + 2H2) and the solid carbon formed could lead to oxide (re)carburization (2MeO2 + 5C* → Me2C + 4CO; MeO2 + 3C* → MeC + 2CO). Thus, the pyrolytic carbon deposited over nickel metal sites, the main cause of conventional catalysts deactivation, in these cases, performed a fundamental role in the catalytic activity maintenance, being responsible for the carbothermic (re)carburization of Mo and/or W, partially oxidized by CO2. |
| Keywords: | Níquel-Carboneto de Molibdênio (Ni-Mo2C) Níquel-Carboneto de Tungstênio (Ni-WC) Carbeto bimetálico de Níquel, Molibdênio e Tungstênio (Ni-MoxW1-xC) Reforma de Metano com CO2 Catalisadores Victor Teixeira Carbeto trimetálico de Níquel, Molibdênio e Tungstênio (Ni-MoxW1-xC) Catálise heterogênea Gás natural Biogás |
| Subject CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química |
| Production unit: | Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | Mar-2022 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | por |
| Right access: | Acesso Aberto |
| Citation: | BARBOSA, Renato Dias. Catalisadores Victor Teixeira: desenvolvimento e avaliação de carbetos bimetálicos e trimetálicos de níquel, molibdênio e tungstênio na reação de reforma seca de metano. 2022. 140 f. Tese (Doutorado) - Curso de Pós-Graduação em Engenharia Química, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2022. |
| Appears in Collections: | Engenharia Química |
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