Conversores Cataliticos

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ESTRUTURA E PROPRIEDADES DE CERÂMICAS
EM95C 
Prof. Dr. Márcio Florian
02/2017
CATALISADORES CERÂMICOS
O catalisador foi inventado por Eugene Houdry na década de 1950.
HISTÓRICO
O catalisador foi desenvolvido por John J. Mooney e Carl D. Keith na
Engelhard Corporation, criando a primeira produção de catalisador, em
1973.
O craqueamento catalítico de petróleo revolucionou a indústria. O
processo Houdry, dobrava a quantidade de gasolina produzidas por outros
processos.
Também melhorou muito a octanagem da gasolina, tornando eficientes,
motores de automóveis de alta compressão possível de hoje.
http://www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/landmarks/houdry.html
https://www.youtube.com/watch?v=T
6ZuCB_Ihuk
Em projetos mais recentes, as reações de craqueamento ocorrem usando-se um
catalisador muito ativo baseado em zeólita em um curto tempo de contato em
um tubo vertical ou inclinado para cima. O catalisador quente vaporiza a
alimentação e catalisa as reações de craqueamento, que dividem o óleo de alto
peso molecular em componentes mais leves, incluindo o GLP, gasolina e diesel.
Processo de implementações iniciais foram baseados em uma alumina
catalisadora de baixa atividade, e um reator onde as partículas do catalisador
foram suspensas em um fluxo de alimentação ascendente de hidrocarbonetos
em um leito fluidizado.
Sistemas de craqueamento catalisados por alumina ainda estão em uso em
laboratórios de escolas secundárias e universidades em experimentos sobre
alcanos e alcenos. O catalisador é normalmente obtido por trituração de pedra-
pomes, que contêm principalmente óxido de alumínio e sílica, em pequenas
peças porosas. No laboratório, o óxido de alumínio (ou recipiente pososo) deve
ser aquecido.
https://www.youtube.com/watch?v=nTse5_wXup4
Catalisadores são substâncias podem ser adicionados a sistemas para
aumentar a taxa de reação. Eles permitem que as reações ocorram através
de vias alternativas que aumentam taxas de reação ao diminuir energias
de ativação.
CATALISADORES
Relembrando sobre Catalisadores
CATÁLISE
A velocidade de muitas reações químicas aumenta na presença de um
catalisador, substância que, sem ser consumida durante a reação, aumenta a
sua velocidade. Embora à primeira vista isto pareça impossível, pode
acontecer de fato, porque o catalisador é uma substância usada numa etapa
do mecanismo da reação e é regenerada na etapa posterior.
Um catalisador atua tomando possível um novo mecanismo de reação, com
uma energia de ativação menor.
Observe que o ΔH da 
reação é independente 
do mecanismo da 
reação e depende 
somente da identidade 
dos reagentes e 
produtos.
CATÁLISE HOMOGÊNEA
Na catálise homogênea o catalisador e os reagentes estão presentes na
mesma fase. Considere o processo elementar:
Admita que este processo apresente uma energia de ativação elevada. Se,
agora, adicionarmos um catalisador (NO(g)) à mistura reagente, um novo
mecanismo, consistindo em duas etapas, toma-se possível:
2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)
Etapa 1: O2(g) + 2NO(g) 2NO2(g)
Etapa 2: 2NO2(g) + 2SO2(g) 2NO(g) + 2SO3(g)
CATÁLISE HOMOGÊNEA
CATÁLISE HETEROGÊNEA
O catalisador heterogêneo é aquele que fornece uma superfície sobre a qual
as moléculas podem reagir mais facilmente. A catálise homogênea começa
com a adsorção de uma molécula sobre a superfície do catalisador.
http://www.youtube.com/watch?v=W6dIsC_eGBI
Tipos de Conversores Catalíticos
Cordierita – [2MgO.2Al2O3.5SiO2]
Metal
Ciclosilicato
Raramente é encontrada na natureza
Muito difícil sua obtenção industrial
SiO2 - 51,36%
Al2O3 - 34,86%
MgO - 13,78%
É obtido a partir da mistura de:
- Alumina Al2O3
- Talco Mg3OH2.(Si2O5)2
- Argila xAl2O3.ySiO2.zH2O
Cordierita
- Alumino-Silicato de Magnésio (2MgO.2Al2O3.5SiO2)
Conversores Catalíticos;
Refratários;
Isolantes Elétricos;
Trocadores de Calor;
Catalisadores na indústria automobilística
CONVERSOR CATALÍTICO
Definição
É um suporte, que por meio de reações catalíticas heterogênea, transforma
os gases poluentes liberados na combustão dos combustíveis em gases não
tóxicos.
Usos do Conversor Catalítico
Um conversor catalítico é um dispositivo que serve para reduzir a toxicidade
das emissões de um motor de combustão interna.
Os conversores catalíticos são mais comumente usados em sistemas de
exaustão de veículos a motor.
Os conversores catalíticos são também utilizados em grupos geradores,
empilhadeiras, equipamentos de mineração, caminhões, ônibus, trens e
outras máquinas motor equipados.
Um catalisador fornece um ambiente para uma reação química na qual a
combustão subprodutos tóxicos são convertidos em substâncias menos
tóxicas.
O núcleo é geralmente um “honeycomb” de cerâmica nos modernos
catalisadores, mas “honeycomb” de folha de aço inoxidável são
usados também.
A superfície do “honeycomb” aumenta a quantidade de área de superfície
disponível para apoiar o catalisador e, portanto, é muitas vezes chamado de
"suporte de catalisador".
Um líquido carreador com os óxidos é usado para fazer conversores mais
eficiente, geralmente como uma mistura de sílica e alumina.
O líquido carreador, quando adicionado ao núcleo, forma uma superfície
áspera e irregular, que tem uma área de superfície muito maior do que as
superfícies planas do núcleo, o qual, em seguida, dá o núcleo conversor de
uma área de superfície maior e, portanto, mais lugares para os locais de
metais preciosos ativas .
O catalisador é adicionado suporte (em suspensão), antes de ser aplicada
ao núcleo.
A platina é o catalisador mais ativo e é largamente usado.
Paládio e ródio são dois outros metais preciosos usados .
Platina e ródio são usados como um catalisador de redução.
Platina e paládio são usados como um catalisador de oxidação.
Cério, ferro, manganês e níquel, também são utilizados.
CATALISADOR 2 VIAS (PASSOS)
Este tipo de catalisador é amplamente utilizado em motores diesel para reduzir
emissões de hidrocarbonetos e de monóxido de carbono. Eles também foram
usados em motores a gasolina em automóveis americanos e canadense até
1981. Devido à sua incapacidade para controlar os óxidos de nitrogênio, foram
substituídos por catalisadores três vias.
O conversor catalítico 2 passos, tem duas tarefas simultâneas:
Oxidação de monóxido de carbono em dióxido de carbono: 2CO + O2 → 2CO2
Oxidação de hidrocarbonetos (combustível não queimado ou parcialmente
queimado) para o dióxido de carbono e água:
CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2 → xCO2 + (x+1) H2O (a reação de combustão)
CATALISADOR 3 VIAS (PASSOS)
Conversores catalíticos de três vias tem a vantagem adicional de controle da
emissão de óxidos de nitrogênio (NOx), em especial o óxido nitroso, um gás de
efeito estufa mais de trezentas vezes mais potente que o dióxido de carbono,
um precursor da chuva ácida e, atualmente, o mais substância de destruição do
ozono.
Desde 1981, os catalisadores (oxidação-redução) têm sido utilizados em
sistemas de controle de emissão de veículos nos Estados Unidos e no Canadá,
muitos outros países também adotaram normas de emissão rigorosa dos
veículos que de fato necessitem de três vias conversores em veículos movidos
à gasolina. Os catalisadores de oxidação e de redução são tipicamente contidas
num invólucro comum, no entanto, em alguns casos, podem ser alojados
separadamente.
Um conversor catalítico de três vias tem três tarefas simultâneas:
Redução de óxidos de nitrogênio em nitrogênio e oxigênio: 2NOx → xO2 + N2
Oxidação de monóxido de carbono em dióxido de carbono: 2CO + O2 → 2CO2
Oxidação de hidrocarbonetos não queimados (HC) de dióxido de carbono e
água:
CxH2x+2 + [(3x+1)/2]O2 → xCO2 + (x+1)H2O
http://www.youtube.com/watch?v=1e9EvrThk1Y
Ele tinha sidoafirmado que os catalisadores são conhecidos em muitos
casos, ter um período de tempo de aquecimento excessivamente longo,
em uma grande quantidade de casos que vão até trinta minutos.
Aspecto Negativo dos Conversores Catalíticos
http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0100-40422003000200021&script=sci_arttext
Outras reações, tais como aquelas mostradas pelas equações (7) a (9), também podem
ocorrer e, possivelmente, as representadas pelas equações (10) a (13).
As reações catalíticas mais importantes que ocorrem no sistema de exaustão são a
oxidação do monóxido de carbono e hidrocarbonetos para formar dióxido de carbono e
água, mostradas pelas equações (1) a (3).
Redução dos óxidos de nitrogênio, representadas pelas equações (4) a (6), a nitrogênio.
Os produtos desejados (dióxido de carbono, água e nitrogênio) são 
termodinamicamente favorecidos nas temperaturas típicas de exaustão (770 K). 
L1: 1991, L2: 1996, L3: 2004, L4: 2008, L5: 2013, L6: 2013-
Nunca retire ou permita a retirada do catalisador, sua cerâmica interna
ou substituição por tubos inertes, além de infringir o Decreto Federal
3179, o veículo terá as taxas de contra-pressão totalmente alteradas.
Veículos com sistema de injeção eletrônica são prejudicados ainda mais,
chegando ao ponto de desgaste prematuro do motor e descalibração do
sistema de injeção. Troque o catalisador vencido ou danificado por um
novo.
ATENÇÃO
https://www.youtube.com/watch?v=iRvb7uXrtss
Material cerâmico converte energia solar em combustível veicular
“Para realizar a conversão de energia, utilizamos um material cerâmico, o
óxido de cério (CeO2)”, disse Haile à Agência FAPESP, nos bastidores da
conferência. “Aquecido a altas temperaturas, ele libera oxigênio (O2), sem
perder sua estrutura. Isso é pura termodinâmica: manutenção do estado de
equilíbrio. Resfriado, volta a absorver oxigênio. Se o resfriamento ocorrer em
presença de vapor de água (H2O) ou gás carbônico (CO2), o oxigênio será
retirado das moléculas de uma ou outra dessas substâncias, e a reoxidação
resultará na liberação de hidrogênio (H2), em um caso, ou de monóxido de
carbono (CO), no outro – ambos com grande potencial como combustíveis.”
http://agencia.fapesp.br/18251