1. Apresente um método de preparação industrial do hidrogênio importante para o Brasil.

Passo 1

O enunciado pede para apresentar um método de preparação industrial de hidrogênio que seja relevante no contexto do Brasil. O conteúdo principal aqui é química de processos industriais de gás — em especial, reforma a vapor de hidrocarbonetos leves (como o metano). Para resolver, vamos usar reações químicas balanceadas, falar de condições de temperatura, pressão e catalisadores, e situar a importância desse processo para a indústria brasileira.

Passo 2

O método mais difundido mundialmente — e também no Brasil — é a reforma a vapor do gás natural (que é basicamente metano, \mathrm{CH_4}). Numa primeira etapa, o metano reage com vapor d’água para gerar monóxido de carbono e hidrogênio: \mathrm{CH_4 + H_2O \longrightarrow CO + 3\,H_2}
Em seguida, aproveita-se o monóxido de carbono formado para produzir ainda mais hidrogênio, pela reação “water-gas shift”: \mathrm{CO + H_2O \longrightarrow CO_2 + H_2}

Passo 3

Para que essas reações sejam eficientes, emprega-se:
  1. Altas temperaturas, típicas entre 700 e 900\,^\circ\mathrm{C}.
  2. Pressões da ordem de 20 a 30 bar (para aumentar a conversão).
  3. Catalisador de níquel (Ni) suportado em alumina, que acelera a quebra das ligações C–H do metano sem ser consumido.
Após as duas etapas reacionais, o gás que sai contém \mathrm{H_2}, \mathrm{CO_2}, traços de \mathrm{CO} e vapor. Para obter hidrogênio de pureza industrial ou alimentício, faz-se purificação por adsorção por variação de pressão (PSA, do inglês Pressure Swing Adsorption), onde o \mathrm{CO_2} e outros componentes ficam retidos, liberando \mathrm{H_2} com pureza acima de 99{,}9\%.

Passo 4

No Brasil, esse processo é estrategicamente relevante porque:
– Há grandes reservas e infraestrutura de gás natural (Petróleo e Gás).
– Gera hidrogênio em larga escala para refino de petróleo (dessulfurização) e produção de amônia (fertilizantes).
– É atualmente o método mais econômico e maduro, aproveitando a malha de gasodutos e terminais de liquefação existentes.

Resposta

O método de reforma a vapor do gás natural consiste basicamente em: \mathrm{CH_4 + H_2O \longrightarrow CO + 3\,H_2} \mathrm{CO + H_2O \longrightarrow CO_2 + H_2} sob altas temperaturas 700\text{–}900\,^\circ\mathrm{C}, pressão ( 20\text{–}30 bar) e catalisador de níquel, seguido de purificação por PSA. Esse processo é o principal na indústria brasileira de hidrogênio, pois aproveita nossas reservas de gás natural, abastece refinarias e a produção de amônia para fertilizantes.

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