Modelagem de reatores em multiescala utilizando uma abordagem microcinética para a reação de Water-Gas Shift (WGS) com catalisadores suportados em nanotubos de carbono

• Processo: 19/09766-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2019
• Data de Término da vigência: 30 de junho de 2020
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Reinaldo Giudici
• Beneficiário: Fábio Machado Cavalcanti
• Supervisor: Joris Thybaut
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Ghent University (UGent), Bélgica
• Vinculado à bolsa: 17/11940-5 - Avaliação de catalisadores suportados em nanotubos de carbono e modelagem cinética do processo para a reação de Water-Gas-Shift (WGS), BP.DR
• Assunto(s): Nanotubos de carbono
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: carbon nanotubes | Catalyst Descriptors | Microkinetic Modelling | Multiscale Reactor Modelling | Water-Gas Shift Reaction | Engenharia das Reações Químicas

Resumo

A maioria dos projetos de reatores catalíticos faz uso de modelos macrocinéticos para descrever o processo de reação, no qual a taxa é geralmente representada em termos de expressões de leis de potência ou modelos de Langmuir-Hinshelwood com parâmetros estimados a partir de dados experimentais macroscópicos. No entanto, esses modelos são limitados a catalisadores específicos e fornecem pouca informação para o projeto do catalisador. Como resultado, o progresso no desenvolvimento de modelos microcinéticos, por outro lado, permitiu a compreensão dos fenômenos fundamentais que ocorrem na superfície do catalisador em termos das etapas elementares da reação, conduzindo a uma taxa de reação mais precisa. Esta abordagem leva em consideração as propriedades físicas e químicas do catalisador na formulação do modelo, conhecidas como descritores do catalisador, que podem ser calculados a partir de métodos de teoria química molecular, auxiliando assim na busca de melhores catalisadores para um determinado processo. Deste modo, esse trabalho tem como objetivo desenvolver um modelo microcinético que melhor descreva os mecanismos primordiais da reação Water-Gas Shift (WGS), considerada uma das principais rotas para produção de hidrogênio - uma fonte de energia limpa e valiosa, essencial para a nova economia energética - com o uso de catalisadores suportados em nanotubos de carbono. O uso de nanotubos de carbono como suporte para catalisadores tem se mostrado vantajoso devido a sua alta área superficial e à baixa disponibilidade de alguns óxidos para este fim. Além disso, a incorporação de um modelo microcinético em um modelo de reator de leito fixo em multiescala - que considera uma fase sólida porosa e uma outra fluida - pode fornecer informações adicionais sobre o impacto das reações catalíticas elementares de superfície e sobre as limitações de transporte dos intermediários no desempenho geral do processo.