Thesis
Desarrollo de Sistemas Catalíticos a Base de Óxidos Tipo Perovskitas e Hidrotalcitas para la Producción de Hidrógeno
Development of catalytic systems based on oxides type perovskites and hydrotalcites for the production of hydrogen
Autor
Alvarez, Juan Francisco
Institución
Resumen
En la presente tesis doctoral se realizó una investigación exhaustiva concerniente al reformado catalítico de hidrocarburo sobre óxidos tipo perovskitas e hidrotalcitas.
En este manuscrito se detallan las tecnologías y los sistemas catalíticos empleados en el proceso de reformado de hidrocarburos hoy en día. Además, se hace la propuesta del uso de sistemas catalíticos basados en óxidos mixtos tipos perovskitas e hidrotalcitas, como sustitutos de los sistemas catalíticos convencionales. Los óxidos mixtos tipos perovskitas son sólidos másicos que presentan numerosas ventajas comparados con los sistemas catalíticos tradicionalmente usados en la industria en los procesos de reformado para la producción de hidrógenos y su posible aplicación, como vector energético tanto en fuentes estacionarias así como en fuentes móviles.
Una serie de precursores catalíticos tipo perovskita basados en LaNiNb y LaSrNiNb fueron sintetizados por el método de combustión de la glicina y se utilizaron para la reacción de reformado seco de metano a presión atmosférica, a 650°C y 700°C, empleando una relación CH4:CO2 = 1:1.
Se emplearon los sólidos LaNiO3, 24%Ni/La2O3 y un catalizador comercial como referencias. Análisis de difracción de rayos X muestran que el método de síntesis utilizado produce una nueva familia de precursores formados por una mezcla de óxidos, donde el Ni forma parte de la estructura de la perovskita mientras que el Nb y el La forman parte de una estructura tetragonal tipo esquelita LaNbO4. Se encontró que la distribución de fases depende del contenido de niobio. Para un contenido de Nb con x ≤ 0.2 los sólidos cristalizan con una estructura semejante al oxido tipo perovskita LaNiO3, mientras que para un contenido de Nb x ≥ 0.3, se forma principalmente la fase LaNbO4. Los análisis de TEM mostraron la presencia de partículas cúbicas con tamaños que varían entre 5 y 60 nm dependiendo de la extensión de la sustitución de Ni por Nb. La reducción de los óxidos precursores tipo perovskita producen una serie de óxidos del tipo Ni°/La2O3-NbOx con alta dispersión metálica que favorece la actividad y la estabilidad de los catalizadores. Todos los precursores se mostraron activos en el reformado seco de metano a excepción de los sólidos con una sustitución de Nb con x ≥ 0.8, los cuales resultaron inactivos.
Algunos de estos sólidos se ensayaron en el reformado autotérmico de n-octano encontrándose una actividad superior a la actividad del catalizador comercial.
In this thesis one concerning the catalytic reforming of hydrocarbon over perovskite type oxides and hydrotalcites thorough investigation was conducted.
In this manuscript technologies and catalyst systems employed in the reforming process of hydrocarbons are detailed today. In addition, the proposed use of catalytic systems based on types perovskites and hydrotalcites as substitutes for conventional mixed oxide catalyst systems is made. The perovskite type mixed oxides are solid mass that have many advantages compared to catalytic systems traditionally used in the industry in reforming processes for the production of hydrogen and its potential application as an energy vector both stationary sources and mobile sources.
A series of catalyst precursors perovskite based LaNiNb and LaSrNiNb were synthesized by the combustion method of glycine and used for the reaction of dry reforming of methane at atmospheric pressure, 650 ° C and 700 ° C, using a CH4 ratio : CO2 = 1: 1. the LaNiO3 solids 24% Ni / La2O3 catalyst and a commercial references were used. Analysis of X-ray diffraction show that the synthesis method used produces a new family of precursors consist of a mixture of oxides, where Ni is part of the perovskite structure while Nb and La are part of a tetragonal structure LaNbO4 kind little note. It was found that the distribution of phases depends on the content of niobium. For Nb content x ≤ 0.2 with solid crystallizes with a structure similar to the perovskite type oxide LaNiO3, whereas for Nb content x ≥ 0.3, forms mainly the phase LaNbO4. TEM analysis showed the presence of cubic particles with sizes ranging from 5 to 60 nm depending on the extent of substitution by Ni Nb. Reducing perovskite type oxides precursors produce a series of oxides ° Ni / La2O3-NBOX high metal dispersion and activity that promotes stability of the catalysts. All precursors were active in the dry reforming of methane solids except with a substitution of Nb with x ≥ 0.8, which were inactive. Some of these solids were tested in the autothermal reforming of n-octane was found superior to the commercial catalyst activity activity