Obtenção de gás de síntese por reforma a seco do metano em unidade piloto

Abstract

RESUMO A reforma a seco do metano (RS) é um processo catalítico endotérmico que ocorre entre 700 e 900 oC, capaz de converter CH4 e CO2 (biogás) em H2 e CO (gás de síntese). Trabalhos têm sido elaborados visando o desenvolvimento de catalisadores ideais para a RS, buscando resolver os problemas encontrados, como é o caso da desativação do catalisador por formação de coque, que reduz o desempenho da produção do gás de síntese e pode obstruir o leito catalítico. Em trabalhos anteriores do Laboratório de Materiais e Energias Renováveis (LABMATER) da UFPR, foi desenvolvido o catalisador 20Ni/Si-MCM-41 que possui bom desempenho na conversão de CH4 e CO2 e baixa tendência à formação de coque (≈10 mgC.gcat-1.h-1), tratando-se de um material com carga nominal de Ni de 20% (m/m), suportado em uma peneira molecular a base de sílica mesoporosa (Si-MCM-41) de elevada área específica (≈600 m2 g-1). Entretanto, somente ensaios em unidades experimentais utilizando o catalisador em pó haviam sido realizados para testar a eficiência do material. Neste trabalho, foi utilizada uma unidade piloto contendo um reator contínuo de leito fixo, com o objetivo de avaliar a atividade do catalisador granulado e sua estabilidade na RS, de forma a subsidiar a construção futura de um reformador em escala industrial. Realizou-se quatro experimentos prévios com variação da composição reacional de 40-70% CH4:30-60% CO2, 3 g do catalisador 20Ni/Si-MCM-41 no leito catalítico, temperatura de 800 oC e vazão dos produtos de 36 L.h-1 a 1 atm. Os testes envolvendo variações nas composições de entrada com duração de 4 horas indicaram melhores resultados para a mistura 50% CH4:50% CO2. Também foi realizado um ensaio de 17 horas afim de verificar a estabilidade do catalisador, avaliar a formação de coque durante o tempo de reação e o desempenho da unidade piloto.ABSTRACT Dry reforming of methane (DRM) is an endothermic catalytic process that occurs between 700 and 900 oC, capable of converting CH4 and CO2 (biogas) into H2 and CO (syngas). Works have been undertaken in view of developing ideal catalyst for DRM, endeavoring to resolve the problems encountered, such as the case of catalyst deactivation due to coke formation, which reduces the performance of syngas production and may block the catalyst layer. In previous works by the Laboratory of Renewable and Materials Energies (LABMATER) at the UFPR, the catalyst 20Ni / Si-MCM-41 was developed, which has a good performance in the conversion of CH4 and CO2 and a low tendency to coke formation (≈ 10 mgC.gcat-1.h-1), being a material with a nominal Ni load of 20% (m / m), supported on a molecular sieve based on mesoporous silica (Si-MCM-41) with a high specific surface (≈600 m2.g-1). However, only tests in experimental units using the catalyst in the powdered form have been performed to test the efficiency of the material. In this work, a pilot unit containing a continuous fixed bed reactor was used, with the objective of evaluating the activity of the granular catalyst and its stability in DRM, in order to subsidize the future construction of a reformer on an industrial scale. Four preliminary experiments were performed with a varying reaction composition of 40-70% CH4: 30-60% CO2, 3 g of the catalyst 20Ni/Si-MCM-41 in the catalyst layer, temperature of 800 oC and a flow rate of the products of 36 Lh-1 at 1 atm. The tests involving variations in the entry compositions with a duration of 4 hours indicated better results for a mixture 50%CH4:50%CO2. Another test of 17 hours was performed, in order to verify the stability of the catalyst and evaluate coke formation during the reaction time and the performance of the pilot unit.