Estudio de reacciones de descomposición de metano sobre carbonizados de carbón mineral

Abstract

Los materiales carbonosos que han demostrado mayor actividad catalítica en la descomposición termocatalítica de metano, son los de estructura amorfa; en el presente estudio se propone la preparación de carbonizados a alta velocidad de calentamiento, en reactor de lecho de arrastre, como una alternativa para obtener materiales de menor costo que los habitualmente estudiados, pero con propiedades catalíticas comparables; se evalúa el efecto del rango del carbón de partida, su desmineralización, y la velocidad de calentamiento en el proceso de carbonización. El material de mayor actividad catalítica, sostenibilidad y capacidad, fue el carbonizado obtenido a partir del carbón de menor rango, desmineralizado y carbonizado a alta velocidad de calentamiento. En las reacciones se producen hidrógeno e hidrocarburos ligeros, cuya concentración incrementa al aumentar la temperatura. La realización de reacciones a 900 °C con el carbonizado de mejor desempeño catalítico, utilizando CD4 y 13CH4 permite establecer que el hidrógeno y los hidrocarburos ligeros se producen a partir del metano, sin embargo, en los primeros 20 minutos de la reacción, parte del hidrógeno molecular se forma por combinación de átomos de hidrógeno del material carbonoso con átomos de hidrógeno proveniente del metano, contribuyendo en menos del 3% al hidrógeno total observado.

Abstract. Amorfous structure carbonaceous materials have shown higher catalytic activity in the methane thermocatalytic decomposition. In this study the preparation of coal chars at high heating rate, in a drop tube furnace, is proposed as an alternative to obtain lower cost materials with comparable catalytic properties. The effect of coal rank, demineralization, and heating rate during carbonization process, are evaluated. The material with the highest catalytic activity, sustainability and capacity, was obtained from the coal with lowest rank, demineralized, and carbonized at high heating rate. Hydrogen and light hydrocarbons were detected in the reactor effluent, and its concentration increases with increasing temperature. Reactions at 900 °C, with CD4 or 13CH4 instead of methane, using the char that showed best catalytic performance, allow to demonstrate that hydrogen and light hydrocarbons are formed from methane, however at the beginning of the reaction less than the 3% of the molecular hydrogen, is produced by coupling of one atomic hydrogen from coal char and one from methane.