18904

۱۸۹۰۴

بررسي كاتاليزور ارتقاء يافته در فرايند ريفورمينگ بخار پروپان براي توليد هيدروژن

كارشناسي ارشد

ترموسينتيك و كاتاليست

۱۳۹۷/۲/۱۵

دكتر سيد مهدي علوي

دكتر امين بازياري

مهندسي شيمي نفت و گاز

پروپان به عنوان يك جزء اصلي ميعانات گازي از پتانسيل بالايي براي توليد هيدروژن در دماي پايين¬تر نسبت به متان برخوردار مي¬باشد. كاتاليست ها بر مبناي نيكل عملكرد مناسبي در فرآيندهاي ريفورمينگ بخار از منظر تبديل بالا و پايداري نسبي در برابر كك گيري و كلوخه شدن دارند و براي توليد هيدروژن مورد استفاده قرار مي¬گيرد. در اين راستا همچنان تلاش¬ها و پژوهش¬هاي زيادي براي بهبود گزينش پذيري، فعاليت و پايداري كاتاليزورهاي بر مبناي نيكل، در حال انجام است. در اين پژوهش ابتدا آلومنيات منيزيم MgAl2O4 با نسبت استوكيومتري 1MgO/Al2O3 = به روش هم رسوبي در فرايند ريفرمينگ بخار پروپان سنتز شده است. در بخش اول اين پژوهش ميزان تاثير بارگذاري نيكل در كاتاليزور Ni/MgAl2O4 در دماي C° 600 و GHSV= ml/(gr.hr) و نسبت مولي 3 H2O/C3H8= مورد بررسي قرار گرفت. براساس نتايج بدست آمده، با افزايش بارگذاري نيكل ميزان رسوب كربن در كاتاليزور افزايش يافته كه باعث افت فعاليت كاتاليزور مي¬شود. نتايج نشان داد كه كاتاليزور 10% وزني نيكل به دليل پايداري مناسب در طول واكنش و ميزان كك پايين در سطح كاتاليزور عملكرد بهتري نسبت به ديگر نمونه ها داشته است. در قسمت بعدي پژوهش فعاليت كاتاليزور 10% وزني نيكل به كمك ارتقاء دهنده-هاي مختلف لانتانيوم ،مس، آهن و سريم در بارگذاري 3% وزني ثابت مورد بررسي قرار گرفت. با توجه به نتايج، كاتاليزور ارتقاء يافته با 3% وزني سريم در شرايط ثابت عملياتي بالاترين درصد تبديل پروپان (93%)، بالاترين بازده توليد هيدروژن ( 63 0/) در مدت زمان 420 دقيقه واكنش را داشته و به دليل دارا بودن اندازه كريستال¬هاي كوچكتر نيكل، سطح ويژه بالا و ميزان رسوب كربن بسيار پايين، از اين كاتاليزور به¬عنوان كاتاليزور بهينه از ميان نمونه¬هاي بررسي شده، استفاده گرديد. كاتاليست¬هاي سنتز شده با استفاده از آناليزهاي (XRD)، (BET)، (FESEM) و (TGA/DTA) تعيين مشخصه شدند. در بخش نهايي اين پژوهش درصد هاي وزني جزء فعال نيكل در بازه (5% -15%) و درصد هاي وزني ارتقاء دهنده سريم در بازه (1%-5%) توسط نرم افزار طرحي آزمايشات در 12 آزمايش بهينه سازي گرديد. شرايط بهينه به صورت 84/11 % وزني نيكل، 55/3 % وزني سريم تعيين شد. نتايج كاتاليزور بهينه براي پارامترهاي غير فعال شدن 1¬% ، ميزان تبديل پروپان 98 % و ميزان بازده توليد هيدروژن 62 % به صورت تجربي تحت شرايط بهينه بدست آمد كه با مقادير بدست آمده توسط مدل توسعه¬يافته مطابقت دارد. واژه‌هاي كليدي: ريفورمينگ بخار پروپان ، هيدروژن ، كاتاليست نيكل ،ارتقادهنده، اكسيد سريم، آلومنيات منيزيم

1397/03/09

5/30/2018 12:00:00 AM

Propane is a major component of gas condensate that has a high potential for hydrogen production at lower temperatures. Propane reforming is better than methane, due to the low conversion temperature and lower steam pressure and good source of hydrogen production. On the other hand, nickel metal is an acceptable catalyst in reforming processes that have high activity and are more stable against coking and sintering. Therefore, many efforts have been made to improve the selectivity, activity and sustainability of nickel-based catalysts in a variety of processes. In this study, the MgAl2O4 support was synthesized co precipitation method at the ratio of stoichiometric MgO / Al2O3 = ½ in the propane reforming process. In the first part of this study, the amount of Ni loading in Ni / MgAl2O4 catalysts was investigated at 600 ° C and GHSV = 30000 ml / (gr.hr) and H2O / C3H8 = 3 . According to the results, increasing the amount of nickel loading increases the concentration of carbon in the catalyst, causing the catalyst to be inactivated. The results showed that a 10% nickel catalyst had better conditions than other samples. In the next section, a 10% nickel catalyst with different promoter of lanthanum, copper, iron and cerium in a constant weight of 3% was investigated. considering the results of the promoting catalysts with 3% wt of cerium under constant operating conditions, the highest propane conversion (93%), the highest hydrogen yields(0.63) Due to its low crystal size, high specific surface and very low carbon deposition rates were selected as high Efficiency catalysts. The synthesized catalysts were characterized by XRD, BET, FESEM and TGA / DTA analyzes. In the final section of this study, the weight percentages of the nickel in the range of (15% -5%) and the weight percentages the serum promoter in the range of (1% -5%) were optimized by the design experiment in 12 experiments. Optimum conditions were determined as 11.44% the weight percentages nickel, 55.3% the weight percentages cerium. deactivating of catalyst 1%, propane conversion rate of 98%, and hydrogen production efficiency of 62% were obtained experimentally under optimum conditions and corresponded to the values obtained by the developed model. . Keywords: Propane Steam Reforming, Hydrogen, Nickel Catalyst, Promoter, Cerium Oxide