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Como resultado das regulamentações ambientais, torna-se necessário encontrar alternativas aos processos de queima de carvão para a produção de electricidade e H2. Nesta perspectiva, as unidades de IGCC (integrated coal gasification combined cycle) têm sido vistas como uma das tecnologias mais promissoras, eliminando-se quase todos os poluentes atmosféricos gerados e as emissões de gases com efeito de estufa . A reacção do gás de água (water-gas shift - WGS, CO + H2O = H2 + CO2) é uma reacção exotérmica e reversível usada para se aumentar o teor em H2 no gás de síntese gerado naquelas unidades. Porém, são necessárias unidades adicionais de purificação do H2 (p.e., PSA ou destilação criogénica) por forma a aumentar-se a razão H2/CO para aplicações como a produção de amónia ou de metanol. Para células de combustível estacionárias são necessárias correntes com H2 de elevada pureza. De uma forma geral, a conversão do monóxido de carbono na reacção de WGS pode ser aumentada por remoção selectiva de um ou ambos os produtos do meio reaccional. Isto pode ser conseguido num reactor de membrana (MR - membrane reactor) onde o processo de separação por membrana é acoplado com a reacção catalítica numa só unidade. No entanto, é igualmente importante efectuar algumas melhorias ao nível do/s catalisador/es. Nos últimos anos, os catalisadores à base de ouro e de platina têm merecido uma atenção especial por conseguirem superar as limitações das amostras tipicamente usadas na reacção de WGS. De facto, os catalisadores à base de Au e Pt são referidos por exibirem um menor efeito inibitório por parte dos produtos reaccionais [2]. Todavia, devido ao seu pequeno tamanho de partícula, a configuração de reactor de leito fixo não é apropriada para aplicações industriais. Por isso, a deposição destes catalisadores sobre estruturas monolíticas deverá ser um progresso importante. Com esta melhoria são esperadas vantagens significativas para se conduzir a reacção de WGS, nomeadam  |
Resumo
Como resultado das regulamentações ambientais, torna-se necessário encontrar alternativas aos processos de queima de carvão para a produção de electricidade e H2. Nesta perspectiva, as unidades de IGCC (integrated coal gasification combined cycle) têm sido vistas como uma das tecnologias mais promissoras, eliminando-se quase todos os poluentes atmosféricos gerados e as emissões de gases com efeito de estufa . A reacção do gás de água (water-gas shift - WGS, CO + H2O = H2 + CO2) é uma reacção exotérmica e reversível usada para se aumentar o teor em H2 no gás de síntese gerado naquelas unidades. Porém, são necessárias unidades adicionais de purificação do H2 (p.e., PSA ou destilação criogénica) por forma a aumentar-se a razão H2/CO para aplicações como a produção de amónia ou de metanol. Para células de combustível estacionárias são necessárias correntes com H2 de elevada pureza. De uma forma geral, a conversão do monóxido de carbono na reacção de WGS pode ser aumentada por remoção selectiva de um ou ambos os produtos do meio reaccional. Isto pode ser conseguido num reactor de membrana (MR - membrane reactor) onde o processo de separação por membrana é acoplado com a reacção catalítica numa só unidade. No entanto, é igualmente importante efectuar algumas melhorias ao nível do/s catalisador/es. Nos últimos anos, os catalisadores à base de ouro e de platina têm merecido uma atenção especial por conseguirem superar as limitações das amostras tipicamente usadas na reacção de WGS. De facto, os catalisadores à base de Au e Pt são referidos por exibirem um menor efeito inibitório por parte dos produtos reaccionais [2]. Todavia, devido ao seu pequeno tamanho de partícula, a configuração de reactor de leito fixo não é apropriada para aplicações industriais. Por isso, a deposição destes catalisadores sobre estruturas monolíticas deverá ser um progresso importante. Com esta melhoria são esperadas vantagens significativas para se conduzir a reacção de WGS, nomeadamente a operação a velocidades espaciais muito superiores às empregues com catalisadores particulados, a obtenção de menores perdas de carga, a redução da quantidades de catalisador necessária, e a obtenção de respostas mais rápidas em regime dinâmico [3]. Neste projecto propõem-se a abordagem inovadora de utilização de monolitos, como suporte do catalisador, combinados com MRs.
O uso de MRs para a reacção de WGS foi já amplamente divulgado na literatura. Pode-se constatar nalguns trabalhos que se conseguem atingir elevadas conversões de CO, por vezes para além dos valores de equilíbrio ou próximas de 100% [p.e., 4]. Apesar do seu preço, o Pd e as suas ligas são os materiais normalmente visados nesta aplicação devido à sua capacidade em permearem apenas H2. Porém, a principal dificuldade que impede a sua aplicação em grande escala é a produção de membranas finas (altamente permeáveis), sem defeitos (altamente selectivas), resistentes ao enxofre e duráveis. Neste projecto proceder-se-á à síntese de membranas finas à base de Pd utilizando-se técnicas de soldadura por difusão e redução química.
O desempenho deste processo pode no entanto ainda ser melhorado combinando-se o conceito de MR com a adsorção selectiva de CO2 (removendo-se deste modo ambos os produtos do meio reaccional). Além disso, isto permitiria diminuir a área da membrana de Pd, frequentemente um factor limitativo devido ao seu preço. O conceito de captura in situ de CO2 a
temperaturas elevadas é outra área de intensa investigação, onde são requeridas melhorias ao nível o material adsorvente. Os materiais baseados em hidrotalcite têm sido vistos como economicamente interessantes para a separação e captura do CO2 a altas temperaturas. Para além do seu baixo preço, estas argilas naturais apresentam capacidades de adsorção elevadas e velocidades de desactivação lentas na presença de vapor de água quando impregnadas com metais alcalinos como K, Cs ou Sr. |