Estudo da reação de desidro-aromatização não oxidativa do metano em reator de leito fixo diferencial com catalisador Ru-Mo//HZSM-12

As reservas de gás natural são consideradas uma importante fonte de energia e matéria-prima para as indústrias químicas e petroquímicas. Portanto, a conversão catalítica do metano, principal componente do gás natural, se apresenta de grande interesse. Entre os muitos diferentes processos catalíticos, a desidro-aromatização do metano (DAM) sob condições nãooxidativas tem emergido como uma rota potencial para a produção de aromáticos (principalmente benzeno e tolueno) e hidrogênio. O principal obstáculo do processo de DAM está nas limitações termodinâmicas da reação e na severa desativação do catalisador. Molibdênio suportado em zeólitas ácidas permanece entre os catalisadores mais promissores e a adição de um segundo metal promotor se mostrou capaz de melhorar a atividade/estabilidade do catalisador e a seletividade em benzeno. No presente trabalho foi sintetizado catalisador Ru_Mo/HZSM-12, adotando o método de impregnação sucessiva com excesso de solvente, e caracterizado utilizando várias técnicas entre as quais Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura Energia Dispersiva de Raios-X (MEV-EDX), Espectroscopia de Absorção no Infravermelho usando Transformada de Fourier (FT-IR), Área Superficial pelo Método BET e Análises Termogravimétricas. Testes catalíticos foram realizados a 973 K, 1 atm e tempos espaciais variando entre 2878 e 4490 g.h/m³. Os resultados de DRX mostram que o método de preparação da zeólita ZSM-12 foi efetivo e apontam também para uma estrutura robusta de catalisador preparado, mesmo sendo submetido a severas calcinações durante os procedimentos de síntese. Não foram detectados picos adicionais nos espectros de DRX e FT-IR após impregnação Ru/Mo. Os materiais contendo metais, Mo/HZSM-12 e Ru_Mo/HZSM-12 apresentam uma redução na área superficial uma vez comparada à zeólita HZSM-12 e observa-se também um aumento da área superficial para a amostra Ru_Mo/HZSm-12 em comparação à Mo/HZSM-12. Os perfis de conversão do metano em benzeno em função do tempo, para diferentes tempos espaciais, são semelhantes e identificam três etapas bem distintas: uma etapa inicial, chamada de Indução, seguida de uma etapa de estabilização do valor de conversão de metano em benzeno (XB) e uma etapa final caracterizada pela queda de consumo de metano. O aumento do tempo espacial conduziu a um aumento da conversão do metano para benzeno no estado estacionário. As conversões XB foram baixas e atingiram valores entre 0,12 e 0,28%. Os dados experimentais de taxa de formação de benzeno foram ajustados de acordo com um modelo fenomenológico, semelhante ao proposto por Rival et al. (2001), considerando apenas a reação reversível principal formando exclusivamente benzeno e hidrogênio, desprezando a formação de outros aromáticos (tolueno) e os depósitos de carbono. O valor otimizado para a constante cinética do modelo, k1, foi estimado a 20,85±0,3.10-4 mol /g.h.atm, ordem em relação ao metano, a -0,10± 0,2 ; ordem em relação ao benzeno,a 1,5±0,1 e ordem em relação ao hidrogênio, a -1,5±0,1. As incertezas associadas à avaliação dos parâmetros do modelo aplicado podem ser atribuídas a dificuldades relacionadas á medida das baixas concentrações de benzeno e significativa formação de coque durante o estado estacionário da reaçã