Desarrollo de catalizadores para la purificación de H2 a partir de la reacción del gas de agua en reactores no convencionales

Abstract

El objetivo general de la Tesis es contribuir a desarrollar un sistema catalítico eficiente para la purificación de hidrógeno mediante la reacción del gas de agua (RGA), garantizando en el permeado del reactor de membrana (RM) una concentración de CO menor a las 10 ppm. Para ello se actuó en dos frentes: i) Estudio comparativo de Rh y Pt soportado sobre La2O3 y La2O3.SiO2. ii) Minimización y optimización de la carga de metal noble teniendo como objetivo maximizar la actividad catalítica por gramo de metal noble sin afectar la estabilidad ni formar metano. Se estudió la relación existente entre las características fisicoquímicas de los catalizadores y su comportamiento catalítico (actividad, selectividad y durabilidad) empleando diversas técnicas instrumentales de caracterización. Las mejores formulaciones fueron finalmente ensayadas en el reactor de membrana cuyo comportamiento fue comparado con sistemas similares reportados en la literatura. En el cumplimiento del objetivo general además, se cubrieron los siguientes objetivos complementarios: Minucioso estudio cinético de la RGA catalizada por una formulación estable de metal noble soportado. Dilucidación de las causas de desactivación del Rh/La2O3 que había resultado inicialmente más activo que la muy estable formulación Rh/La2O3.SiO2. Simulación del comportamiento del RM utilizando un modelo unidimensional heterogéneo que incluye el efecto de limitaciones difusivas externas. Estudio del efecto de la presión en el sistema catalizador-membrana empleando una de las formulaciones más activas y estables desarrolladas en la Tesis. Estudio del comportamiento del sistema catalizador-membrana utilizando una alimentación de composición similar a la salida de un reformador de bioetanol.

The objective of the Thesis is contribute to developing an efficient catalytic system for hydrogen purification through the water gas shift reaction (WGSR) in a membrane reactor (MR), in order to obtain a permeate stream with a CO content lower than 10 ppm. For this objective, two issues were dealt with: i) A comparative study of Rh and Pt catalysts supported over La2O3 and La2O3.SiO2, respectively. ii) Minimization and optimization of the noble metal loading, in order to maximize the catalytic activity per gram of noble metal not affecting the stability and selectivity. The catalytic phisicochemical properties were correlated with the catalytic behavior (activity, selectivity and stability) employing different charaterization tecnhiques. The best formulations were finally evaluated in the membrane reactor. Other complementary tasks were also performed: A detailed kinetic study of the WGSR; a study of deactivation for the Rh/La2O3 (initially more active than the Rh/La2O3.SiO2 formulation); a MR simulation using a unidimensional heterogeneous model and including external difussional limitations; a study of the pressure effect over the catalyst-membrane system employing one of the most active and stables formulations developed during the Thesis; a study of the catalyst-membrane system behavior feeding a stream with a composition similar to the outlet of an ethanol reformer.