OLIVEIRA, A. H. S. Estudo de difusividade de hidrocarbonetos em catalisador mesoporoso aplicado a síntese de Fischer-Tropsch e avaliação de seu desempenho. 2014. 272 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-02-25T17:39:19Z
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Previous issue date: 2014-04-16 / The main goal of the present research is to establish the most appropriate conditions for studying the diffusivity of n-paraffins in the presence of a typical catalyst for Fischer-Tropsch synthesis (FTS), by using the chromatographic method ZLC (zero length column) and evaluating the repeatability and reproducibility of this method. It also aims to verify the catalyst performance in a fixed bed reactor, at a pilot-scale, and observe the effect of diffusion in the selectivity of high molar mass hydrocarbons. At first, the catalyst characterization was done with emphasis on the microscopy studies and textural analysis with N2. Regarding the n-alkanes diffusivity (n-C7, n-C9, n-C12, n-C16), two ZLC equipments were used, one at the Federal University of Ceara (UFC) and the another one at the University of Edinburgh, with different particle size samples. This work has also evaluated the influence of temperature, the purge gas flow rate, the catalyst mass and sorbate concentration in the purge gas. The reaction step was done at a Fisher-Tropsch pilot-scale unit at 20 bar, with 210°C and 230°C in different space velocities. As a result, the catalyst was presented as mesoporous, with small microporosity, and with active phase (Co) well distributed. Concerning the effective diffusivity, the most appropriate particle diameter to be used at the ZLC column, among the tested diameters, is 214 µm (dust form), with 5 mg of catalyst. Comparing the studies that were held at the two universities, it was noticed a good repeatability, however, the reproducibility was not satisfactory. It was observed a strong influence of the Henry´s constant at the results of effective diffusivity, for different catalyst sizes; however, no significant changes at the effective diffusivity were noted due to temperature variation and sorbate concentration. Regarding the reaction, the results indicated a strong effect of temperature at the CO conversion and at the C5+ selectivity. The diffusive mechanism is strongly affected by the catalyst surface effects. Based on this result, the raise of methane selectivity by increasing H2/CO ratio can explained. As final result, the ZLC is found as a suitable method for surface diffusion estimation using typical Fischer-Tropsch catalyst. / O presente trabalho tem como principal objetivo investigar as condições mais adequadas para o estudo da difusividade de n-parafinas em um catalisador típico para a síntese de Fischer-Tropsch (SFT), utilizando o método cromatográfico ZLC (coluna de comprimento zero), e avaliando-se a repetitividade e a reprodutibilidade desta metodologia. Objetiva, ainda, verificar o desempenho do catalisador em um reator de leito fixo, em escala piloto, e observar o efeito da difusão na seletividade a hidrocarbonetos de alta massa molar. O catalisador foi caracterizado, com ênfase nos ensaios de microscopia e análise textural. Quanto à difusividade dos n-alcanos (n-C7, n-C9, n-C12, n-C16), foram utilizados dois sistemas ZLC, sendo um na Universidade Federal do Ceará (UFC) e o outro na Universidade de Edimburgo, empregando-se amostras de diferentes granulometrias (forma pó e pellet). Investigou-se, também, a influência da temperatura, da vazão do gás de purga, da massa de catalisador e da concentração do sorbato no gás de purga. Quanto à etapa reacional, esta ocorreu em uma unidade piloto para a SFT a 20 bar, nas temperaturas de 210 °C e 230 °C e em diferentes velocidades espaciais. O catalisador apresentou-se como mesoporoso, com um pouco de microporosidade, e com a fase ativa (Co) bem distribuída. Em relação à difusividade efetiva, o diâmetro de partícula mais adequado para o uso na coluna ZLC, dentre os testados, foi de 214 µm para o catalisador na forma pó, com 5 mg de amostra. Comparando-se os experimentos realizados nas duas universidades, percebeu-se uma boa repetitividade, porém a reprodutibilidade, não foi satisfatória. Observou-se ainda, a influência da constante de Henry nos resultados obtidos para difusividade efetiva, em diferentes tamanhos de catalisador, entretanto, não se perceberam mudanças significativas na difusividade efetiva em função da variação da temperatura e da concentração de sorbato no gás de purga. Em se tratando da reação, os resultados indicaram um forte efeito da temperatura na conversão de CO e na seletividade a C5+. O mecanismo difusivo é afetado pela difusividade de superfície, e, a partir deste resultado, pode-se justificar o aumento da seletividade a metano com o incremento da relação H2/CO. Com base nos resultados apresentados, o método ZLC mostrou-se adequado para o estudo da difusividade efetiva de n-parafinas em um catalisador convencional para a SFT.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.ufc.br:riufc/10832 |
| Date | 16 April 2014 |
| Creators | Oliveira, Adriano Henrique Soares de |
| Contributors | Aguiar, Eduardo Falabella Sousa, Cavalcante Júnior, Celio Loureiro |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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