Hidrotalcitas con níquel nanoparticulado como absorbente de CO2 útil para la producción de gas natural sintético

Abstract

RESUMEN : El cambio climático generado por al calentamiento global ha impulsado la necesidad de implementar procesos energéticos que permitan reducir el uso de combustibles fósiles y las emisiones de los gases responsables del efecto invernadero, como el dióxido de carbono (CO2). La reacción de metanación, consiste en la conversión de CO2 que junto con el hidrogeno (H2) produce metano (CH4), principal componente del gas natural (GN), constituyéndose en una ruta alterna para la producción de gas natural sintético (GNS). Con la finalidad de mejorar la tecnología en el proceso de metanación, se han investigado diferentes catalizadores con el objetivo de aumentar el rendimiento de la reacción e implementarla a nivel industrial. Se propone el uso de materiales de doble función (DFM) como catalizador en la reacción de metanación, los cuales tienen la ventaja frente a los catalizadores comerciales de absorber selectivamente el CO2 para ser transformado en GNS, con lo cual, hay una disminución del requerimiento de energía debido a la eliminación de la etapa de captura del CO2 para su posterior transformación. En este trabajo se sintetizaron dos catalizadores de níquel tipo hidrotalcitas, con relaciones molares de Ni/Mg de 50 y 75 (HT50 y HT-75, respectivamente), mediante el método de co-precipitación a pH constante. Las hidrotalcitas se caracterizaron física y químicamente con las técnicas de ICP, área BET, SEM, XRD, CO2-TPD y H2-TPR. Además, estos catalizadores fueron evaluados puros y con mezclas al 50% con una hidrotalcita comercial (Pural-MG70), se estudió la absorción de CO2 y producción de CH4 como DFM a tres temperaturas (≤320°C). El catalizador que presentó mayor absorción de CO2 y actividad catalítica fue la hidrotalcita HT-75, arrojando valores de 1.95 mol CO2/kg catalizador para la absorción de CO2 y 1.26 mol CH4/kg catalizador para la producción de CH4 a 300°C. Este catalizador presentó mayor capacidad de absorción de CO2 y mayor producción de CH4 en comparación a otros catalizadores reportados con rutenio. Estas propiedades se deben a las interacciones metal-soporte, la alta alcalinidad y la buena dispersión del metal obtenidas en este catalizador, lo cual permite una actividad catalítica a bajas temperaturas (≤320°C), pocas veces reportado en los DFM.

ABSTRACT : The climate change caused by global warming has promoted the need to implement energetic processes to reduce the use of fossil fuels and emissions of gases responsible for the greenhouse effect, such as carbon dioxide (CO2). The methanation reaction consists of the conversion of CO2 that together with hydrogen (H2) produces methane (CH4), the main component of natural gas (NG), constituting an alternative route for the production of synthetic natural gas (SNG). In order to improve the technology in the methanation process, different catalysts have been investigated with the objective of increasing the performance of the reaction and implementing it at industrial level. The use of dual function materials (DFM) as a catalyst in the methanation reaction is proposed, which have the advantage over commercial catalysts of selectively absorbing CO2 to be transformed into SNG, with which, there is a decrease in the energy requirement due to the elimination of the CO2 capture stage for its subsequent transformation. In this work, two hydrotalcite-type nickel catalysts, with Ni/Mg molar ratios of 50 and 75 (HT-50 and HT-75, respectively), were synthesized by the co-precipitation method at constant pH. The hydrotalcites were physically and chemically characterized by ICP, BET area, SEM, XRD, CO2-TPD and H2-TPR techniques. In addition, these catalysts were evaluated pure and with 50% mixtures with a commercial hydrotalcite (Pural-MG70), CO2 adsorption and CH4 production as DFM were studied at three temperatures (≤320°C). The catalyst that presented the highest CO2 absorption and catalytic activity was hydrotalcite HT-75, yielding values of 1.95 mol CO2/kg catalyst for CO2 absorption and 1.26 mol CH4/kg catalyst for CH4 production at 300°C. This catalyst presented higher CO2 absorption capacity and higher CH4 production compared to other catalysts reported with ruthenium. These properties are due to the metal-support interactions, high alkalinity and good metal dispersion obtained in this catalyst, which allows catalytic activity at low temperatures (≤320°C), rarely reported in DFMs.