SÍNTESE DE FISCHER-TROPSCH COMO ALTERNATIVA PARA PRODUÇÃO DE HIDROCARBONETOS

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Química Verde

Autores

Bezerra, V.V.L. (UFPE) ; Silva, M.B. (UFPE) ; Almeida, C.M.T. (UFPE) ; Maranhão, L.C.A. (UFPE) ; Lima Filho, N.M. (UFPE) ; Almeida, L.C. (UFPE)

Resumo

Com o aumento da disponibilidade de gás natural, alternativas para agregar valor econômico de forma responsável ambientalmente estão sendo buscadas. Como principal reação da tecnologia GTL, a síntese de Fischer-Tropsch surgi como alternativa para enriquecimento da cadeia do gás natural, através da síntese de produtos menos poluentes. Em uma unidade de bancada (reator tubular de leito Fixo, condensador, forno, cromatógrafo online) foram realizadas reações e análises dos produtos formados. A reação ocorreu nas seguintes condições: 1g do catalisador 20%Co-0,5%Pt/γ-Al₂O₃, 20 bar, 185°C, relação molar H₂/CO:2, durante 28 horas. No estado estacionário obteve-se 88% de conversão de CO e seletividades de 3%,6% e 93% para CO₂, CH₄ e C_5.

Palavras chaves

GTL; Fischer-Tropsch; Catálise

Introdução

Com os recursos energéticos não renováveis se exaurindo, principalmente o petróleo, empresas do setor petrolífero buscaram novas reservas e matérias- primas, que em conjunto com métodos alternativos possam produzir combustíveis. Surgindo a necessidade de agregar valor à cadeia do gás natural, uma solução viável é a utilização da tecnologia “Gas-to-Liquids” (GTL). Grandes empresas energéticas obtiveram êxito com a aplicação da síntese de Fischer-Tropsch – SFT (SASOL, SHELL e outras), que se apresenta como caminho promissor, dentre muitas alternativas, para produção de combustível limpo derivado do gás natural e carvão, principalmente. A SFT é o principal processo de transformação na tecnologia GTL devido a sua flexibilidade. Esta flexibilidade esta relacionada com a ampla faixa de hidrocarbonetos líquidos obtidos, que podem variar desde a gasolina, ao diesel, passando pelas parafinas e até mesmo a obtenção de ceras (hidrocarbonetos de elevado peso molecular). Por se tratar de um processo catalítico, a principal forma de se obter os produtos desejados é através do uso de catalisadores, que proporcionem atividade, estabilidade e seletividades satisfatórias. Os principais catalisadores na SFT são os a base de Fe, Ru, Ni e Co. Os catalisadores a base de Co possuem alta atividade, alta seletividade a hidrocarbonetos C5+, estabilidade elevada e baixa tendência para a reação de (WGS), assumindo assim o papel de catalisador mais utilizado na SFT (SADEQZADEH et al., 2012; WANG et al., 2013; ZHANG et al., 2005). Este trabalho tem como objetivo a produção de hidrocarbonetos a partir de um gás de síntese comercial, utilizando-se um catalisador de cobalto suportado em alumina e promovido por platina.

Material e métodos

A SFT foi realizada em uma unidade escala de bancada. O sistema é composto por um reator tubular (leito fixo) de aço inoxidável (d.i. 0,8 cm), um forno automático (ThermoScientific, Lindberg blue M) e um cromatógrafo a gás online (Agilent Technologies, 7890A GC System). O gás de síntese utilizado consiste numa mistura gasosa com proporção molar de H₂:CO de 2:1, composta por 3% N₂, 10% CO, 20% H₂ e He 67%. Foi utilizado 1g de catalisador (20%Co-0,5%Pt/γ-Al₂O₃) que foi diluído com 5g de carbeto de silício (SiC), numa proporção mássica de 1:5. A redução catalítica foi realizada in situ com vazão de H₂ de 120 mL.min .g_cat^-1, pressão de 1 bar, a 350°C com duração de 10 h e taxa de aquecimento de 1°C.min^-1. Ao término da redução, o reator foi resfriado para 185°C. O sistema foi submetido a pressão de 20 bar com o gás de síntese. A vazão de gás de síntese foi fixada em 0,4 mols gás.g_cat ^-1.h^-1, durante a reação, que durou 28 horas, tempo suficiente para atingir o estado estacionário. Um condensador a 90°C foi utilizado para remoção de hidrocarbonetos pesados e produtos líquidos, localizado entre o reator e o cromatógrafo a gás. Os gases produzidos H₂, CH₄, CO₂, padrão interno N₂, hidrocarbonetos leves (C2-C4) e a conversão de CO, foram quantificados por meio de um (TCD).

Resultado e discussão

A conversão de CO em conjunto com a seletividade aos produtos CH₄, CO₂ e C₅, são indicadores de eficiência na SFT. A Figura 1 apresenta os resultados obtidos ao longo do tempo para o catalisador 20%Co- 0,5%Pt/γ-Al₂O₃. Observa-se que a conversão de CO atinge o estado estacionário com cerca de 10 horas de reação. Enquanto as seletividades a CO₂, CH₄ e C₅ atingem o estado estacionário com cerca de 2h de reação. A seletividade a C₅ é inversamente proporcional as seletividades a CO₂ e CH₄. Do ponto de vista termodinâmico, o CH₄ é o principal e mais fácil produto a se formar na SFT, sendo assim, o maior responsável pela diminuição na produção de C₅. A conversão de CO é o parâmetro que indica a quantidade de gás de síntese transformado em CO₂, hidrocarbonetos leves e pesados. Catalisadores de Co, suportados em Al₂O₃, com ou sem promotores, foram utilizados na SFT obtendo-se conversões entre (12-90%) em vários reatores e em condições habituais (Ma et al. 2011).

Conclusões

A partir dos dados obtidos neste trabalho, verifica-se a eficiência da SFT na produção de hidrocarbonetos líquidos, o que é evidenciado por meio dos elevados valores de conversão de CO (88%) associados a seletividade a C5 (93%).

Agradecimentos

Os autores gostariam de agradecer ao Programa de Recursos Humanos da Petrobrás (PRH-28/ANP), ao LPC-DEQ e a Universidade Federal de Pernambuco (UFPE).

Referências

MA, W.; JACOBS, G.; BHATELIA,Y. J. T.; BUKUR, D.B.; KHALID, S.; DAVIS, B.H. Fischer–Tropsch Synthesis: Influence of CO Conversion on Selectivities, H2/CO Usage Ratios, and Catalyst Stability for a Ru Promoted Co/Al2O3 Catalyst Using a Slurry Phase Reactor.Top. Catal., v. 54, 757–767, 2011.

SADEQZADEH, M., J. HONG, P. FONGARLAND, D. CURULLA-FERRÉ, F. LUCK, J. BOUSQUET, D. SCHWEICH e A. Y. KHODAKOV. "Mechanistic Modeling of Cobalt Based Catalyst Sintering in a Fixed Bed Reactor under Different Conditions of Fischer–Tropsch Synthesis." Industrial & Engineering Chemistry Research. v. 51, 11955-11964. 2012.

WANG, H., W. ZHOU, J. X. LIU, R. SI, G. SUN, M. Q. ZHONG, H. Y. SU, H. B. ZHAO, J. A. RODRIGUEZ, S. J. PENNYCOOK, J. C. IDROBO, W. X. LI, Y. KOU AND D. MA. Platinum-modulated cobalt nanocatalysts for low-temperature aqueous-phase Fischer-Tropsch synthesis. J Am Chem Soc, v. 135, 4149-4158. 2013.

ZHANG, Y., H. XIONG, K. LIEW AND J. LI. Effect of magnesia on alumina-supported cobalt Fischer–Tropsch synthesis catalysts. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, v. 237, 172-181. 2005.