Avaliação de catalisadores suportados em nanotubos de carbono e modelagem cinética do processo para a reação de Water-Gas-Shift (WGS)

• Processo: 17/11940-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2017
• Data de Término da vigência: 31 de maio de 2021
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Reinaldo Giudici
• Beneficiário: Fábio Machado Cavalcanti
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 19/09766-2 - Modelagem de reatores em multiescala utilizando uma abordagem microcinética para a reação de Water-Gas Shift (WGS) com catalisadores suportados em nanotubos de carbono, BE.EP.DR
• Assunto(s): Reações químicas Cinética Catalisadores suportados Nanotubos de carbono
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Catalisador | Co | gas de sintese | Modelagem Cinética | nanotubos de carbono | Razão H2 | Reação Water-Gas Shift | Engenharia das Reações Químicas

Resumo

A reação Water-Gas Shift (WGS) é uma das rotas mais importantes para a produção de hidrogênio e no controle das razões H2/CO nas reações de reforma do metano. Ela vem recebendo grande importância devido ao uso do H2 nas principais indústrias químicas (fertilizantes, refino do petróleo, etc.) e nas células a combustível. Além disso, o controle na razão H2/CO se faz relevante, por exemplo, na produção de hidrocarbonetos líquidos através da síntese de Fischer-Tropsch, valorizando assim o uso do gás natural em detrimento ao do petróleo. Para a otimização da reação WGS, reversível e exotérmica, utilizam-se estágios consecutivos em alta (HTS) e baixa temperatura (LTS), nos quais catalisadores de Fe2O3-Cr2O3 e Cu-ZnO-Al2¬O3 são geralmente empregados, respectivamente. Entretanto, para aplicações nas células a combustíveis portáteis, estão sendo utilizados catalisadores à base de metais nobres, em nanoescala, suportados em óxidos por apresentarem características mais resistentes e adequadas a este tipo de emprego. Nesse contexto, o emprego de nanotubos de carbono como suporte de catalisadores tem se mostrado vantajoso devido a sua alta área superficial e a baixa disponibilidade de alguns óxidos para esta finalidade. Ainda mais, a determinação do modelo cinético e o entendimento dos mecanismos de reação se mostram fundamentais para o projeto de reatores e o desenvolvimento de novos catalisadores para a reação WGS. Os modelos cinéticos mais utilizados para descrever o processo são os de Langmuir-Hinshelwood e os de leis de potência, enquanto que os dois mecanismos mais constatados no meio científico são o redox e o associativo. Neste projeto de pesquisa, tem-se o intuito de avaliar novos catalisadores suportados em nanotubos de carbono e de propor um modelo cinético que melhor descreva a reação WGS a fim de encontrar soluções inovadoras para a melhoria do processo. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

CAVALCANTI, FABIO MACHADO; SCHMAL, MARTIN; GIUDICI, REINALDO; BRITO ALVES, RITA MARIA. A catalyst selection method for hydrogen production through Water-Gas Shift Reaction using artificial neural networks. Journal of Environmental Management, v. 237, p. 585-594, MAY 1 2019. (14/50279-4, 17/11940-5)

GARONA, HIGOR A.; CAVALCANTI, FABIO M.; DE ABREU, THIAGO F.; SCHMAL, MARTIN; ALVES, RITA M. B.. Evaluation of Fischer-Tropsch synthesis to light olefins over Co- and Fe-based catalysts using artificial neural network. JOURNAL OF CLEANER PRODUCTION, v. 321, OCT 25 2021. (14/50279-4, 17/11940-5)

MARCOS, FRANCIELLE C. F.; CAVALCANTI, FABIO M.; PETROLINI, DAVI D.; LIN, LILI; BETANCOURT, LUIS E.; SENANAYAKE, SANJAYA D.; RODRIGUEZ, JOSE A.; ASSAF, JOSE M.; GIUDICI, REINALDO; ASSAF, ELISABETE M.. Effect of operating parameters on H-2/CO2 conversion to methanol over Cu-Zn oxide supported on ZrO2 polymorph catalysts: Characterization and kinetics. CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL, v. 427, JAN 1 2022. (19/10980-9, 17/08293-8, 17/11940-5, 14/50279-4, 18/05799-0)

Publicações acadêmicas

(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

CAVALCANTI, Fábio Machado. Avaliação de catalisadores suportados em nanotubos de carbono e modelagem cinética do processo para a reação Water-Gas Shift (WGS): abordagens macro e microcinéticas e uso de técnicas de machine learning para seleção de catalisadores.. 2023. Tese de Doutorado - Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP/BC) São Paulo.