Aprovechamiento del glicerol, subproducto del biodiesel, en la producción de hidrógeno

Título

Aprovechamiento del glicerol, subproducto del biodiesel, en la producción de hidrógeno

Colaborador

Amadeo, Norma Elvira

Editor

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería

Fecha

2013-03-19

Extensión

339 p.

Resumen

El objetivo principal de esta tesis es el estudio de la reacción de reformado de glicerol con vapor de agua para producir hidrógeno. Con tal fin, se optimiza la preparación de catalizadores soportados de Ni-Mg-Al y se analizan los efectos de las variables del proceso sobre la conversión de glicerol y rendimientos a productos gaseosos.
Se describe la situación de los biocombustibles, entre ellos el biodiesel, en el contexto de la necesidad de conceder valor agregado al glicerol. Se presenta además, el concepto novedoso de biorefinería. Se realiza también, un análisis pormenorizado de los trabajos publicados en la reacción de reformado de glicerol, considerando principalmente los catalizadores utilizados (fase activa y soporte) y las condiciones de reacción consideradas. Como así también, se consideran diversos trabajos relacionados con el sistema catalítico Ni-Mg-Al.
Se presentan los resultados del análisis termodinámico de la reacción de reformado de glicerol con vapor de agua implementando el método estequiometrico, con el objeto de identificar las condiciones de reacción en las cuales se maximiza la producción de hidrógeno minimizando la formación de carbón.
En el desarrollo experimental, se presentan las diferentes técnicas de caracterización empleadas para el estudio de los catalizadores. Se describe el equipo de flujo utilizado para los ensayos catalíticos y la técnica cromatográfica y finalmente se definen los diferentes parámetros considerados para la evaluación catalítica.
En lo que respecta a la optimización de la preparación del catalizador de Ni-Mg-Al, se realiza un extenso estudio en el cual se analiza en forma sistemática el efecto de los distintos contenidos de Mg(II) y Ni(II) y los efectos de la temperatura de calcinación del soporte modificado y de calcinación de los catalizadores, sobre las características texturales y estructurales de los sólidos y sobre la actividad catalítica. Procurando correlacionar las características de los sólidos con los resultados de actividad catalítica.
Se estudia la influencia de las variables del proceso de reformado (temperatura de reacción, tiempo de contacto y composición de alimentanción), sobre los resultados de actividad catalítica para el catalizador de NiMgAl obtenido por impregnación y para otro catalizador preparado a partir del hidróxido doble laminar de NiMgAl, con probada actividad en la reacción de reformado con vapor de etanol. A partir de este estudio, resulta factible postular un esquema de reacciones para ambos catalizadores. Asimismo, del análisis del efecto de la composición de la alimentación sobre los resultados de conversión y rendimiento a H2 se propone un posible mecanismo de reacción para el reformado de glicerol con vapor.
Finalmente, se comparan los resultados de actividad catalítica obtenidos para ambos catalizadores bajo las mismas condiciones de reacción y se correlacionan con los resultados de caracterización de los sólidos. Se consideran también, en este punto, estudios de estabilidad y de formación de carbón para ambos catalizadores.
The main objective of this research is to study the steam reforming of glycerol to produce hydrogen. To this end, the preparation of supported catalysts Ni-Mg-Al is optimized. Additionally, the effect of process variables on glycerol conversion and yields to gaseous products are analysed.
In order, to contextualize this research and to explain why it necessary to add value to glycerol, a synthesis regarding biofuels status including biodiesel is performed. Furthermore, the concept of biorefineries is considered. A detailed analysis of the published bibliography as regards the steam reforming of glycerol is done; mainly considering the catalysts employed (active phase and support) and the reaction conditions. Moreover, various studies related to the catalytic system Ni-Mg-Al are taken into account.
Results from the thermodynamic analysis of the steam reforming of glycerol, obtained by the stoichiometric method, are presented. The aim is to identify the reactions conditions in order to maximize hydrogen production while carbon formation is minimized.
In the experimental section, the different characterization technique employed to study catalysts are described. Also, a description of both the equipment used for catalyst evaluation and the chromatographic technique are included. The different parameters considered for catalytic evaluation are considered.
As regards to the optimization of the preparation of Ni-Mg-Al catalysts, a large study is performed; considering the following variables: the calcination temperature of the support and of the catalysts, Mg(II) and Ni(II) contents. An attempt to correlate the textural and structural characteristics of the solids with the catalytic performance is done.
The effect on the catalytic activity of the variables of the process (reaction temperature, contact time and feed composition), for both catalysts, are analysed. Based on these studies, it is feasible to propose a reaction scheme for the steam reforming over both catalysts. As well, the effect of reactants ratio in the feed is considered, in order to propose a kinetic behaviour.
Finally, the activity results for both catalysts obtained under the same reaction conditions are compared and correlated with the corresponding characterization results. In addition, stability test and coke formation studies for both catalysts are considered.