Caracterização e avaliação de catalisadores de Fe suportado em zeólita HZSM-5 para a síntese de Fishcer-Tropsch

Autor(es)

Lucas Alves da Silva

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: São Paulo.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP/BC)
• Data de defesa: 2023-12-11

Membros da banca

Reinaldo Giudici; Pedro Henrique Cury Camargo; Robson Pablo Sobradiel Peguin

• Orientador: Reinaldo Giudici; Rita Maria de Brito Alves; Martin Schmal

Resumo

O aumento da demanda energética e as preocupações com as mudanças climáticas destacam a importância do desenvolvimento de combustíveis sintéticos. A síntese de Fischer- Tropsch (FTS), uma etapa nos processos gas-to-liquid, é uma reação catalítica que converte gás de síntese (CO e H2) em uma ampla variedade de hidrocarbonetos, e é uma tecnologia promissora para a produção de combustíveis sintéticos. Esse processo ocorre por meio de um mecanismo de polimerização e seus resultados dependem das condições operacionais e principalmente do catalisador utilizado. Catalisadores de Fe/zeólita têm sido amplamente estudados para FTS devido ao seu custo-benefício e atividade bifuncional. No entanto, há pouca pesquisa abordando uma compreensão completa das propriedades físico-químicas de Fe/HZSM5 e os efeitos das variadas condições de reação na FTS, assim como a avaliação cinética da conversão de CO sobre esse tipo de catalisador. Este trabalho concentrou-se no estudo da síntese, caracterização e avaliações catalíticas e cinéticas de Fe/H-ZSM5 para a síntese de Fischer-Tropsch. Os resultados de caracterização mostraram estruturas de zeólita e óxido de ferro com cristalinidade, alta área superficial do suporte e presença de mesoporos. As partículas de Fe foram distribuídas heterogeneamente no suporte em diferentes tamanhos, apresentando múltiplos estágios de redução. Os catalisadores foram ativos para a síntese de Fischer-Tropsch, alcançando uma conversão máxima de CO de 86% a 350°C e uma conversão média acima de 50% a 300°C. Em geral, os catalisadores apresentaram uma maior formação de hidrocarbonetos de cadeia curta (C2-C4) e de cadeia média (C5-C8). Temperatura, pressão, velocidade espacial e composição da alimentação mostraram uma considerável influência na conversão de CO. O catalisador manteve sua atividade estável ao longo do tempo sem mudanças estruturais ou deposição de coque. Por fim, o modelo cinético proposto para o catalisador de melhor desempenho seguiu a rota do carbeto, considerando um mecanismo de sítio duplo com adsorção dissociativa de CO e H2, e participação de CO2, confirmada pela caracterização in situ. (AU)

• Processo FAPESP: 21/05329-7 - Caracterização e avaliação em processo de catalisadores nano-estruturados e do tipo SACs de Ni e Fe suportados em zeólitas paro o processo de síntese de Fischer-Tropsch
• Beneficiário: Lucas Alves da Silva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado