Estabilidad de nanopartículas de rh y ni soportadas sobre cao-sio2 en la reacción de reformado seco de metanoaplicación en reactor de membrana para obtener hidrógeno ultrapuro

Resumen

A pesar de los bajos precios del gas natural y el descubrimiento de reservas de “shale gas”, el gas natural está sustituyendo al petróleo crudo como fuente de suministro de energía, disminuyendo así la dependencia de los ingresos de este último. La conversión del metano en gas de síntesis ha sido ampliamente estudiada. Entre las reacciones de reformado de metano, el llamado "reformado seco" con dióxido de carbono es interesante para obtener hidrógeno en reactores de membrana. Hasta el momento se han probado diferentes tipos de membranas y catalizadores en reactores de membrana para el reformado seco (DRM). En la mayoría de los casos, se observa un aumento de la concentración de metano cuando se extrae hidrógeno del sistema de reacción. El rendimiento del reactor de membrana es altamente dependiente de sus condiciones de funcionamiento tales como la mezcla de reactivos, estabilidad del catalizador, propiedades de la membrana, temperatura y fuerza motriz de permeación (presión y/o flujo de gas de barrido). Por otra parte, los catalizadores utilizados en esta reacción se pueden desactivar debido a la formación de depósitos carbonosos y/o ser envenenados con azufre u otras impurezas presentes en la alimentación, lo cual impediría su uso en reactores de membrana ya que los depósitos carbonosos pueden ocasionar el deterioro de la membrana. Hasta el momento se han utilizado dos tipos de catalizadores en esta reacción, uno basado en metales nobles soportados (Rh, Ru, Pt, etc.) que reducen la formación de depósitos carbonosos y presentan una alta actividad en esta reacción pero tienen el inconveniente de alto precio lo cual limita su aplicación a gran escala, y otro basado en catalizadores de Ni soportados que presentan la ventaja de ser más económicos pero que se desactivan debido a la sinterización de las partículas de Ni y al depósito de carbón. La naturaleza del soporte también afecta a la actividad catalítica ya que modifica la superficie específica y las propiedades ácido base del catalizador. En este trabajo se estudian los dos tipos de catalizadores, basados en un metal noble, Rh y basados en Ni soportados sobre SiO2 modificado con CaO. El objetivo del agregado del promotor CaO ha sido doble, por una parte, intentar mejorar la interacción metal-soporte que origine una mejor dispersión del metal, y por otra, teniendo en cuenta que en esta reacción se produce la adsorción y disociación de CO2 (gas ácido) un catalizador básico podría favorecer a esta reacción, evitando la sinterización de las partículas metálicas y el depósito de carbón. Estas dos propiedades se pueden modificar mediante la adición de promotores como La2O3, MgO, CaO, etc. En el caso de los catalizados Rh soportados sobre CaO-SiO2 se investigan catalizadores con bajo contenido de Rh soportados y con distintas cantidades de promotor (CaO) para muestrear cómo afecta el contenido de promotor a la interacción metal soporte, a las propiedades estructurales y a la formación de depósitos carbonosos, entre otros parámetros, en la reacción de reformado seco de metano. Los catalizadores más activos y estables y exentos de depósitos carbonosos se probarán en reactor de membrana para la producción de hidrógeno ultrapuro. En el caso de los catalizadores de Ni soportados sobre CaO-SiO2, los objetivos de la investigación fueron similares a los perseguidos con el estudio de los catalizadores de Rh soportados. Sin embargo, para las cantidades de Ni (5 y 10% en peso) soportadas sobre CaO-SiO2 no se ha logrado una interacción metal soporte que evite la sinterización de las partículas Ni y la formación de depósitos carbonosos por lo cual no ha sido posible probarlos en reactorde membrana. Sin embargo, los catalizadores de Ni soportados sobre el óxido binario CaO-SiO2 pueden ser activos y estables en otra reacción para obtener hidrógeno con mínimo contenido de CO como es la reacción de descomposición de ácido fórmico. Este puede ser obtenido junto con el ácido levulínico por hidrólisis de celulosa derivada de la biomasa. Actualmente, con el creciente interés en la producción de ácido levulínico y otros productos químicos valiosos a partir de la biomasa, es importante desarrollar procesos para utilizar el ácido fórmico derivado, ya que, de lo contrario, constituye un material de desecho. Así, el interés en el uso de la reacción de descomposición del ácido fórmico para producir H2 ha aumentado notablemente. En este trabajo se estudia, también, el efecto que ejerce un promotor como el CaO sobre la dispersión de las partículas de Ni y la estabilización de estas partículas respecto a la sinterización en la reacción de descomposición de ácido fórmico para la obtención de hidrógeno.