Modeling the Water-Gas Shift Reaction

Podolski, W.F.; Kim, Young G.

doi:10.1021/i260052a021

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“…Podolski and Kim (1974) made a detailed study of the available models and concluded that their experimental data was reproduced by both the Langmuir Hinshelwood type model and the power law type model. The same is supported by Newsome (1980) where he has listed the power law model by Bohlboro.…”

Section: Macro Kinetic Modelsmentioning

confidence: 99%

A Review of the Water Gas Shift Reaction Kinetics

J¹,

Loganathan²,

Shantha³

2010

International Journal of Chemical Reactor Engineering

195

154

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The world's progression towards the Hydrogen economy is facilitating the production of hydrogen from various resources. In the carbon based hydrogen production, Water gas shift reaction is the intermediate step used for hydrogen enrichment and CO reduction in the synthesis gas. This paper makes a critical review of the developments in the modeling approaches of the reaction for use in designing and simulating the water gas shift reactor. Considering the fact that the rate of the reaction is dependent on various parameters including the composition of the catalyst, the active surface and structure of the catalyst, the size of the catalyst, age of the catalyst, its operating temperature and pressure and the composition of the gases, it is difficult to narrow down the expression for the shift reaction. With different authors conducting experiments still to validate the kinetic expressions for the shift reaction, continuous research on different composition and new catalysts are also reported periodically. Moreover the commercial catalyst manufacturers seldom provide information on the catalyst. This makes the task of designers difficult to model the shift reaction. This review provides a consolidated listing of the various important kinetic expressions published for both the high temperature and the low temperature water gas shift reaction along with the details of the catalysts and the operating conditions at which they have been validated.

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Section: Macro Kinetic Modelsmentioning

confidence: 99%

A Review of the Water Gas Shift Reaction Kinetics

J¹,

Loganathan²,

Shantha³

2010

International Journal of Chemical Reactor Engineering

195

154

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“…Segundo este mecanismo, a água e o monóxido de carbono adsorvem na superfície do catalisador, onde reagem para formar intermediários, seguida pela decomposição a produtos e dessorção da superfície [6]. Nos sólidos contendo cobre, existe um aumento dos elétrons de valência, que ocasiona um aumento na mobilidade dos átomos de oxigênio da rede cristalina, conduzindo assim a um aumento de condutividade e atividade catalítica [27,28].…”

Section: Resultsunclassified

Síntese e caracterização de perovskitas do tipo LaNi1-xCu xO3 para a purificação de hidrogênio para PaCOS

Moura¹,

Silva²,

Rangel³

et al. 2010

Matéria (Rio J.)

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RESUMONeste trabalho, foram estudados sólidos do tipo LaNi1-xCuxO3 (x = 0,0; 0,3 e 0,5), com estrutura perovskita, visando a desenvolver catalisadores destinados à produção de hidrogênio de alta pureza na reforma interna de células a combustível de óxido sólido (SOFC). Observou-se que as condições experimentais usadas na preparação favoreceram a incorporação quantitativa dos cátions ao precursor e a formação dos sólidos com estrutura perovskita. Esses materiais mostraram diferentes propriedades redutoras e a presença do cobre favoreceu a estabilidade da estrutura perovskita. As propriedades catalíticas das amostras obtidas foram avaliadas na reação de deslocamento de monóxido de carbono com vapor d`água (WGSR, water gas shift reaction), uma etapa importante de purificação do hidrogênio, no processo de reforma de hidrocarbonetos. Os resultados mostraram que os catalisadores são promissores para esta reação, apresentando atividade muito superior à de um catalisador comercial de óxido de ferro contendo cromo e cobre; isto foi atribuído à tendência das amostras em favorecer o mecanismo adsortivo, provavelmente decorrente de uma alta mobilidade dos oxigênios da rede cristalina. O valor mais elevado de atividade catalítica foi apresentado pela Amostra LaNi0,5Cu0,5O3, considerada o catalisador de melhor desempenho.Palavras-chave: Perovskita, produção de hidrogênio, conversão de CO, níquel e cobre. ABSTRACTLaNi 1-x Cu x O 3 (x = 0.0, 0.3 and 0.5) type solids with perovskite structure were studied in this work aiming to develop catalysts for the production of high pure hydrogen in the internal reforming of solid oxide fuel cells (SOFC). It was observed that the experimental conditions used for preparing the samples favored the quantitative incorporation of cations in the precursor and the formation of solids with perovskite structure. These materials showed different reducing properties and the copper presence favored the stability of the perovskite structure. The catalytic properties of the samples were evaluated in water gas shift reaction (WGSR), an important step for purifying hydrogen in the process of hydrocarbons reforming. The results showed that the catalysts are promising for the reaction, showing much higher activities than a iron oxidebased commercial catalyst containing chromium and copper; This was assigned to the tendency of the samples in favoring the adsorptive mechanism, probably due to a high mobility of oxygen in the crystalline lattice. The highest value of catalytic activity was shown by the LaNi 0.5 Cu 0.5 O 3 sample, the catalyst with the best performance.

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“…As condições para a ocorrência desses ciclos são mais favoráveis nos sólidos dopados com cobre, como mostrado pelos resultados de DSC, conduzidos sob atmosfera redutora, a partir dos quais se conclui que o cobre favorece a formação da magnetita. No mecanismo adsortivo, os reagentes são adsorvidos pela superfície do catalisador, onde reagem para formar compostos superficiais intermediários, tais como formiatos, seguido pela decomposição a produtos e dessorção da superfície 29 . A maior mobilidade dos átomos de oxigênio e de espécies hidroxila da rede nos catalisadores contendo cobre, devido a um aumento dos elétrons de valência do cobre quando comparados aos do ferro, leva a um aumento da condutividade e da atividade catalítica.…”

Section: Resultsunclassified

Efeito da temperatura no desempenho catalítico de óxidos de ferro contendo cobre e alumínio

Araújo¹,

Souza²,

Rangel³

et al. 2002

Quím. Nova

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Recebido em 28/7/00; aceito em 22/8/01 THE EFFECT OF TEMPERATURE ON THE CATALYTIC PERFORMANCE OF IRON OXIDE WITH COPPER AND ALUMINUM. Aluminum and copper doped hematite was evaluated in the high temperature shift (HTS) reaction at several temperatures in order to find catalysts that can work in different operational conditions. It was found that the catalysts work in kinetic regime in the range of 300-400 o C. Both copper and aluminum increases the activity and selectivity. Aluminum acts as textural promoter whereas copper acts as structural one. The most promising catalyst is that with both copper and aluminum which showed higher activity and selectivity than a commercial sample. This catalyst has the advantages of being non toxic and can work at low temperatures.Keywords: hydrogen production; iron oxides; CO conversion. INTRODUÇÃOA reforma de hidrocarbonetos, em presença de vapor, é a principal via de obtenção de hidrogênio de alta pureza, para diversas aplicações industriais, tais como síntese da amônia, reações de hidrogenação e reforma catalítica de nafta de petróleo 1 . Esse processo envolve diversas etapas, incluindo a conversão de monóxido a dióxido de carbono com vapor d'água, uma reação reversível e moderadamente exotérmica 2-4 :Em plantas industriais, essa reação remove o monóxido de carbono residual, em correntes gasosas provenientes da reforma do gás natural ou nafta de petróleo, que atua como veneno para o catalisador de síntese de amônia e diversos catalisadores metálicos, usados na hidrogenação 1,5 . Além disso, a reação contribui para o aumento da produção de hidrogênio . Em processos comerciais, a reação de HTS é conduzida sobre um leito catalítico de óxido de ferro contendo óxido de cromo, que atua como promotor textural, evitando a sinterização do catalisador, ao longo da sua vida útil 2,[5][6][7][8] . Recentemente, o cobre foi incluído na formulação desse sólido produzindo sistemas ainda mais ativos e seletivos 9-12 . Os catalisadores comerciais possuem uma série de vantagens como baixo custo, estabilidade térmica e resistência a venenos 5,13 . São comercializados na forma de hematita (a-Fe 2 O 3 ) e são reduzidos in situ para dar origem à magnetita (Fe 3 O 4 ), que é a fase ativa.No processo de redução, em plantas de amônia, utiliza-se normalmente o gás de processo constituído por uma mistura de cerca de 10%CO, 10%CO 2 , 60%H 2 e 20%N 2 , além de traços de metano e argônio, oriunda da reforma a vapor de gás natural ou de nafta de petróleo 3 . A reação de redução é altamente exotérmica e deve ser controlada, de modo a não danificar o reator ou o catalisador [3][4][5] . Em especial, deve-se evitar a formação de ferro metálico, que pode catalisar reações indesejáveis, como a produção de hidrocarbonetos, levando a uma diminuição da seletividade e à desativação do catalisador 4,5 . Em processos industriais, a redução é controlada pela injeção de grandes quantidades de vapor d'água ao sistema reacional que, todavia, leva a um aumento dos custos de operação 3 . Em virtude da demanda por tecnologi...

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Modeling the Water-Gas Shift Reaction

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A Review of the Water Gas Shift Reaction Kinetics

A Review of the Water Gas Shift Reaction Kinetics

Síntese e caracterização de perovskitas do tipo LaNi1-xCu xO3 para a purificação de hidrogênio para PaCOS

Efeito da temperatura no desempenho catalítico de óxidos de ferro contendo cobre e alumínio

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