Fundamentación de la estabilidad de los catalizadores de níquel con y sin promotor cerio o lantano soportados en gama alúmina, para la producción de hidrógeno por gasificación de glucosa

Abstract

Se sintetizaron seis catalizadores diferentes fluidizables basados en níquel (Ni) soportados en gama alúmina, usando las técnicas de impregnación por humedad incipiente y co impregnación por humedad incipiente. Los catalizadores basados en níquel fueron promovidos con 2.0 % en peso de lantano (La) o alternativamente con 2 % en peso de cerio (Ce). Las cargas del metal activo 5% y de los promotores 2% se consideran bajas de acuerdo a lo reportado a la literatura. Se considera que los resultados fueron favorables debido a que, en el método de síntesis, no se calcino al catalizador evitando la formación de aluminato de níquel. Además, el metal activo y los promotores fueron co-impregnados y no depositados a través de impregnaciones sucesivas.El procedimiento de preparación involucró a el catalizador tratado a elevadas temperaturas y sin oxígeno. Los catalizadores fueron caracterizados usando las técnicas BET, XRD, AA, PSD, TPR, TPD y H2- quimisorción. Las técnicas de TPR y H2quimisorción mostraron buena dispersión del metal con cristales en el rango de 10 a 40 nm. Los experimentos de gasificación catalítica de glucosa fueron efectuados en el reactor CREC Riser Simulator para probar la actividad de los siguientes catalizadores: a) 5%Ni/-Al2O3, b) 5%Ni-2%La/-Al2O3 y c) 5%Ni-2%Ce/-Al2O3. En todos los casos, en los pasos de preparación se usaron soluciones ácidas con valores de pH de 1 y 4. Se encontró que los experimentos catalíticos dieron mayores fracciones molares que aquellas de los experimentos no catalíticos o térmicos y las reacciones que se promovieron fueron las de desplazamiento de agua principalmente, seguidas de reformado de metano con vapor y reformado seco de metano. Entre experimentos (inyecciones de glucosa y agua), diferentes rutas fueron consideradas para probar la regenerabilidad y la estabilidad del catalizador: a) el catalizador fue regenerado con aire, b) fue regenerado con aire seguido por hidrógeno, c) fue reutilizado directamente sin ninguna regeneración o pre tratamiento con hidrógeno. Se observó, que cada catalizador de níquel, al cual se le aplicó después de cada corrida, tanto regeneración con aire como pre tratamiento con hidrógeno reporto los mejores resultados, muy cercanos a los predichos por el equilibrio termodinámico. Por otra parte, los catalizadores de níquel regenerados con únicamente aire, mostraron las menores fracciones molares de hidrógeno. Los catalizadores sin regeneración estuvieron entre estos dos límites de fracciones molares de hidrógeno, con valores moderadamente inferiores a los del equilibrio termodinámico. Se encontró que el tipo de promotor y el tipo de tratamiento que se dio al catalizador afectaron a la estabilidad y regenerabilidad, en la medida que la composición de la mezcla de productos fue afectada, pues en las series de regeneración con únicamente aire, la fracción mol del CO2supero a la del H2, para los tres catalizadores. Esta misma situación se presentó en la serie de experimentos sin regeneración promovidos con lantano, en esta medida fue el promotor que redujo la regenerabilidad. Esto muestra que los catalizadores fluidizables basados en níquel, pueden trabajar continuamente por periodos de tiempo extendidos, requiriendo reactivación limitada con aire e H2. Esto hace a la gasificación usando los presentes catalizadores, un proceso alternativo viable que podría ser implementado a escala industrial.