16679

16679

ساخت و بررسي عملكرد نانو كاتاليست Ni-MgO-Al2O3 در فرايند ريفرمينگ خشك متان

كارشناسي ارشد

ترموديناميك و سينتيك

شهريور ماه 1395

دكتر سيد مهدي علوي - دكتر مهران رضايي

شيمي

چكيده توليد گاز سنتز با استفاده از واكنش ريفرمينگ خشك متان، هم از لحاظ صنعتي و هم از نظر زيست محيطي از اهميت بسيار زيادي برخوردار است و مهم¬ترين مشكل اين فرايند، غير فعال شدن كاتاليست-هاي مورد استفاده بر اثر تشكيل كك مي¬باشد. به دليل در دسترس بودن و قيمت پايين فلز نيكل در مقايسه با فلزات گرانبها، نيكل متداول¬ترين فلز مورد استفاده در فرايند ريفرمينگ خشك متان است. در اين پژوهش، روش هم¬رسوبي جهت سنتز نانو كاتاليست¬ Ni-MgO-Al2O3 (NMA) با نسبت مولي MgO/Al2O3 برابر يك (جهت تشكيل آلومينات منيزيم) جهت استفاده در ريفرمينگ خشك متان به كار گرفته شد. تأثير ميزان بارگذاري نيكل، نسبت خوراك (CO2/CH4) و سرعت فضايي گاز (GHSV) براي نمونه¬هاي مختلف مورد بررسي قرار گرفت. خصوصيات ساختاري نمونه¬هاي تهيه شده نشان مي¬دهند كه تمامي نمونه¬ها داراي ساختار نانو كريستالي با سطح ويژه بالا در حدود m2.g-1190 هستند. نتايج نشان دادند كه با افزايش ميزان بارگذاري نيكل، ميزان تبديل متان، دي¬اكسيد كربن و تشكيل كك بر روي سطح كاتاليست افزايش يافته و بالاترين ميزان تبديل (به ترتيب 75 و 80 %) و تشكيل كك براي كاتاليست 15% وزني نيكل بدست آمد. همچنين اين كاتاليست¬ها پايداري بالايي (به جز نمونه حاوي 15% وزني نيكل) را در مدت زمان 700 دقيقه از واكنش از خود نشان دادند. ميزان افت تبديل متان براي كاتاليست 5/12% وزني نيكل، در مدت زمان واكنش در حدود 2/0 درصد بوده است. به منظور مقايسه روش سنتز، كاتاليست Ni/MgAl2O4 با بارگذاري 5/12% وزني نيكل ( به عنوان بهترين نمونه از منظر پايداري و ميزان تبديل)، با روش تلقيح تهيه و با كاتاليست NMA مقايسه گرديد. نتايج نشان دادند كه روش تلقيح موجب افزايش 5% ميزان تبديل و كاهش ميزان پايداري كاتاليست مي¬گردد. بخش نهايي اين پژوهش به بررسي تأثير استفاده از اكسيد سريم (به عنوان ارتقادهنده) با ميزان بارگذاري¬هاي مختلف و روش¬هاي سنتز متفاوت مي¬پردازد. نتايج نشان دادند كه افزودن اكسيد سريم منجر به كاهش كك گرفتگي كاتاليست NMA مي¬گردد و نمونه ارتقاداده شده حاوي 3% وزني سريم تهيه شده با روش تلقيح، كمترين ميزان تشكيل كك (3% از وزن كاتاليست) را نسبت به ساير نمونه¬هاي تهيه شده نشان مي¬دهد. كلمات كليدي : گاز سنتز، ريفرمينگ خشك، كاتاليست نيكل، هم¬رسوبي، تلقيح، تشكيل كربن، ارتقادهنده، اكسيد سريم

1395/11/27

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract Recently, considerable attention has been paid to synthesis gas production by dry reforming of methane (DRM). In view of the environmental protection as well as potential industrial application aspects. The major drawback of this process up to now remains the rapid deactivation of the catalysts originating from the sintering of the metal active sites as well as the carbon deposition. Due to nickel's availability an​d lower price compared with that of noble metals, it is most frequently reported metal in DRM. In this thesis, Ni-MgO-Al2O3 nanocatalysts with MgO/Al2O3 = 1 (for MgAl2O4 formation) prepared by co-precipitation method was employed in DRM for the production of syngas an​d the effect of nickel content, feed ratio an​d GHSV on the activity of different catalysts were investigated. The characteristic properties of the prepared catalysts indicated that the samples possessed high specific surface area (about 190 m2.g-1) an​d nanocrystalline structures. The results demonstrated that methane an​d carbon dioxide conversion an​d coke formation are significantly increased with increasing the nickel content an​d conversion an​d coking of 15 wt.% Ni-MgO-Al2O3 was higher than that of other catalysts. In addition, all these prepared catalysts (except 15 wt.%) exhibited a very high stability without any decline in CH4 an​d CO2 conversion over the 700 min time on stream. The loss in CH4 conversion for 15 wt.% NMA catalyst is about 3% during the time on stream. To compare the synthesis method, 12.5 wt.% Ni/MgAl2O4 catalysts was prepared by impregnation an​d employed in DRM. The results revealed that impregnation method improved the catalytic activity an​d reduced the stability. In this work, the effect of CeO2 loading an​d synthesis method of the 12.5 wt.% NMA promoted catalysts were studied. The obtained results showed that the CeO2 reduced the coke formation of the prepared catalysts an​d the 3CeO2-12.5NMA (prepared by impregnation) catalyst exhibited the minimum coke formation. Key words: synthesis gas, dry reforming, nickel catalyst, co-precipitation, impregnation, coke formation, promoter, cerium oxide