CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A reaÃÃo de sÃntese de Fischer-Tropsch tem merecido grande atenÃÃo pelo seu interesse tecnolÃgico e cientÃfico. Este interesse està associado a conversÃo do gÃs natural em produtos lÃquidos de alta qualidade (gasolina e diesel) e elevado valor agregado. No presente trabalho à descrito a metodologia empregada na sÃntese e caracterizaÃÃo de catalisadores de ferro usados na sÃntese de Fischer-Tropsch, com Ãnfase nos catalisadores suportados em sÃlica e catalisadores industriais (utilizados na sÃntese de amÃnia) promovidos com potÃssio e cobre. Pretende-se com esta discussÃo, identificar possÃveis vias para o desenvolvimento de catalisadores mais ativos e seletivos, variando a composiÃÃo do promotor estrutural para fins de otimizar a distribuiÃÃo dos produtos em fraÃÃes de hidrocarbonetos especÃficos (gasolina, diesel e graxa). A reaÃÃo foi conduzida em um reator de leito de lama. O estudo seguiu um planejamento experimental do tipo fatorial quadrado com ponto central e os resultados foram analisados baseados na metodologia dos grÃficos de superfÃcie de respostas. Os efeitos das diferentes condiÃÃes operacionais (temperatura e pressÃo) e dos diferentes teores de potÃssio na distribuiÃÃo dos produtos lÃquidos foram comparados baseados nos cromatogramas, nÃmero mÃdio de carbono (Nn) e no grau de dispersÃo dos produtos. Para todos os catalisadores de ferro empregados neste trabalho, observou-se um aumento no Ãndice que representa o comprimento da cadeia de hidrocarboneto (Nn) com o aumento do teor de potÃssio. Indicando um maior grau de polimerizaÃÃo para os catalisadores de ferro suportados com 18K em ralaÃÃo aos outros (12K, 6K e industrial). Os resultados mostram que, para catalisadores suportados, em pressÃes elevadas (25 e 30atm) favorecem a produÃÃo de graxa, enquanto a seletividade para hidrocarbonetos lÃquidos à favorecida a baixa pressÃo (20atm) e baixa temperatura (240ÂC). Para os catalisadores industriais, observou-se um aumento na fraÃÃo graxa em baixas temperaturas (240-255ÂC) e elevadas pressÃes (30atm). Contudo, os resultados de todas as corridas para o catalisador suportado e o industrial promovido e nÃo-promovido apresentaram quantidades significativas de n-parafinas com no mÃximo 35 Ãtomos de carbono que pode ser causados atravÃs das limitaÃÃes geomÃtricas e espaciais dentro dos poros do catalisador que tambÃm podem explicar o motivo pelo qual o Ãndice de dispersÃo da distribuiÃÃo de hidrocarbonetos serem mais baixos para um maior nÃmero de carbonos mÃdio. / The Fischer-Tropsch synthesis has been focus of attention of the scientific and industrial community. This interest is related to the conversion of natural gas into high quality liquid products, such as gasoline and diesel, which have high commercial value. In this work the methodology applied to synthesize and characterize iron-based catalyst used in the Fischer-Tropsch synthesis was described. Emphasis was given to catalysts supported in silica and to industrial catalysts (used in the synthesis of ammonia) impregnated with potassium and copper. The catalysts were tested to identify more active and selective catalysts, changing the amount of structural promoter in order to optimize the product distribution of specific hydrocarbons (gasoline, diesel, wax). The reaction was carried out in a slurry phase reactor. The experiments followed a 22 factorial experimental planning with central point and the results were analyzed based on the surface response methodology. The effects of the operating conditions (temperature and pressure) and of the amount of potassium in the catalyst on the liquid product distribution were compared based on the chromatographs, number average number of carbons (Nn) and distribution dispersion. In all iron based catalyst used in the research, the number average number of carbons (Nn) increased with increasing amount of potassium in the catalyst formulation. This result indicates that the catalyst with 18 K supported in silica showed the highest degree of polymerization in comparison with all other catalysts produced in this research. The results showed that for the catalyst supported in silica high pressures (25 to 30 atm) favor the production of wax, while higher selectivity towards liquid fuels was favored by low pressure (20 atm) and low temperature (240ÂC). For the industrial catalyst, an increase in the wax cat was observed at low temperatures (240-255ÂC) and high pressures (30 atm). The experiments carried out with the both catalysts (silica-supported and alumina-supported) have presented significant amounts of n-paraffins with a maximum of 35 carbons and low dispersion of the product distribution which can be caused by space limitations within the catalyst pores.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarcioBDB_DISSERT.pdf: 1427541 bytes, checksum: 4ea4ab1aa3dd7faa960c62967facffc8 (MD5) Previous issue date: 2010-09-30 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / This work aims at the implementation and adaptation of a computational model for the study of the Fischer-Tropsch reaction in a slurry bed reactor from synthesis gas (CO+H2) for the selective production of hydrocarbons (CnHm), with emphasis on evaluation of the influence of operating conditions on the distribution of products formed during the reaction.The present model takes into account effects of rigorous phase equilibrium in a reactive flash drum, a detailed kinetic model able of predicting the formation of each chemical species of the reaction system, as well as control loops of the process variables for pressure and level of slurry phase. As a result, a system of Differential Algebraic Equations was solved using the computational code DASSL (Petzold, 1982). The consistent initialization for the problem was based on phase equilibrium formed by the existing components in the reactor. In addition, the index of the system was reduced to 1 by the introduction of control laws that govern the output of the reactor products. The results were compared qualitatively with experimental data collected in the Fischer-Tropsch Synthesis plant installed at Laborat?rio de Processamento de G?s - CTG?S-ER-Natal/RN / O presente trabalho tem como objetivo a implementa??o e adapta??o de um modelo computacional de equil?brio de fases visando o estudo do processo Fischer- Tropsch em reator leito de lama a partir de g?s de s?ntese (CO + H2) para a produ??o seletiva de hidrocarbonetos (CnHm), com ?nfase na avalia??o da influ?ncia das condi??es operacionais sobre a distribui??o dos produtos formados durante a rea??o. O modelo em quest?o leva em conta efeitos do equil?brio de fases de modo rigoroso num tambor flash reativo, uma cin?tica detalhada que prev? a forma??o de cada componente do sistema reacional, bem como malhas de controle do processo para as vari?veis press?o e n?vel da fase lama. O sistema de equa??es obtido ? do tipo Alg?brico Diferencial, e foi resolvido utilizando-se o c?digo computacional DASSL (Petzold, 1982). A inicializa??o consistente do sistema de equa??es foi feita com base na condi??o de equil?brio de fases inicial formado pelos componentes j? existentes no reator, sendo o ?ndice do sistema reduzido a 1 pela introdu??o das leis de controle que regem a sa?da de produtos do reator. Os resultados obtidos foram comparados qualitativamente com os dados experimentais coletados na planta de s?ntese de Fischer- Tropsch instalada no Laborat?rio de Processamento de G?s do CTG?S-ER em Natal/RN